EP2451744B1 - Anlage und verfahren zur herstellung von aktivkohle - Google Patents

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EP2451744B1
EP2451744B1 EP09748699A EP09748699A EP2451744B1 EP 2451744 B1 EP2451744 B1 EP 2451744B1 EP 09748699 A EP09748699 A EP 09748699A EP 09748699 A EP09748699 A EP 09748699A EP 2451744 B1 EP2451744 B1 EP 2451744B1
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EP
European Patent Office
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unit
activation
carbonation
temperature
water vapor
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EP09748699A
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EP2451744A1 (de
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Hasso von Blücher
Raik SCHÖNFELD
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Bluecher GmbH
Original Assignee
Bluecher GmbH
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/30—Active carbon
    • C01B32/39—Apparatus for the preparation thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B7/00—Rotary-drum furnaces, i.e. horizontal or slightly inclined
    • F27B7/06—Rotary-drum furnaces, i.e. horizontal or slightly inclined adapted for treating the charge in vacuum or special atmosphere
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/20—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/30—Active carbon
    • C01B32/312—Preparation
    • C01B32/318—Preparation characterised by the starting materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/30—Active carbon
    • C01B32/312—Preparation
    • C01B32/336—Preparation characterised by gaseous activating agents
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B7/00—Rotary-drum furnaces, i.e. horizontal or slightly inclined

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of producing activated carbon.
  • the present invention relates to a device and a process for the production of activated carbon, in particular by carbonization and subsequent activation of suitable polymeric starting materials, such as sulfonated polymers.
  • Activated carbon is the most widely used adsorbent due to its rather nonspecific adsorptive properties. Legal requirements, but also the increasing awareness of the responsibility for the environment, lead to an increasing need for activated carbon.
  • Activated carbon is generally obtained by carbonation (synonymously also referred to as “carbonization”, “pyrolysis” or the like) and subsequent activation of suitable carbon-containing compounds or starting materials (starting materials), preference being generally given to those starting compounds which lead to economically reasonable yields; because the weight losses due to elimination of volatile components during smoldering and burnup during activation are considerable.
  • carbonation also referred to as "carbonization”, "pyrolysis” or the like
  • suitable carbon-containing compounds or starting materials starting materials
  • carbonization also referred to as "carbonization” or "pyrolysis” - the conversion of the carbonaceous starting material into carbon takes place, ie in other words the starting material is charred.
  • carbonization also referred to as "carbonization” or "pyrolysis” - the conversion of the carbonaceous starting material into carbon takes place, ie in other words the starting material is charred.
  • the basic principle of activation following carbonization is to selectively and selectively degrade part of the carbon generated during carbonation under suitable conditions. This results in numerous pores, crevices and cracks, and the surface area related to the mass unit increases significantly. During activation, a targeted burnup of the previously carbonized material is thus carried out. As carbon is degraded upon activation, this process results in a sometimes substantial loss of substance which, under optimal conditions, is equivalent to an increase in porosity and an increase in internal surface area and pore volume. The activation therefore takes place under selective or controlled, generally oxidizing conditions.
  • activated carbon fine or coarse-pored, solid or brittle - depends on the starting material.
  • Common starting materials are coconut shells, wood waste, peat, hard coal, pitches, but also special plastics, which play a certain role, inter alia, in the production of activated carbon fabrics.
  • Activated carbon is used in various forms: powdered coal, splintered coal, granular carbon, activated carbon and, since the end of the seventies, also spherical activated carbon ("carbon spheres").
  • Spherical activated carbon has a number of advantages over other forms of activated carbon, such as powder, shard, grain and the like, which make it valuable or even indispensable for certain applications: it is free-flowing, highly abrasion-resistant (i.e., dust-free) and very hard. Because of the high price but their use is essentially limited to protective suits and high quality filters for pollutants in air streams.
  • Ball coal is still mostly produced by multi-stage and very complex processes.
  • the best known method consists in the production of pellets of coal tar pitch and suitable asphalt-like residues of petroleum chemistry, which are oxidized - to make them infusible -, bewoven and activated.
  • the ball carbon can also be produced in a multi-stage process starting from bitumen. These multi-stage processes are very expensive, and the associated high price of this ball coal prevents many applications in which the ball coal would actually be preferred because of their properties.
  • WO 98/07655 A1 describes a process for the preparation of activated carbon beads, in which first a mixture comprising a diisocyanate-derived distillation residue, a carbonaceous processing aid and optionally one or more further additives, is processed into free-flowing beads and then the globules obtained in this way and then be activated. In this process too, large quantities of decomposition products are released during the carbonization, which is associated with the problems described above.
  • US 2009/142252 and US 4,115,317 disclose apparatuses and methods of producing activated carbon, which include a carbonization device for carbonization of starting materials, an activation device, and an exhaust gas treatment device.
  • US 2007/254807 and WO 2007/119698 disclose apparatuses and methods for producing activated carbon, which include a carbonization device for carbonization of starting materials, an activation device, and an exhaust gas treatment device. Carbonation and activation are performed in a single facility.
  • WO 01/83368 A1 relates to an improved process for the production of activated carbon, wherein the required process steps of the carbonization on the one hand and the activation on the other hand carried out separately, the carbonization is carried out continuously, but the Nachschwelung and activation is carried out discontinuously.
  • This process is essentially based on the separation of the corrosive phase (ie pre-carbonization, associated with SO 2 emissions) from the high-temperature phase (activation). Because pre-world source material is no longer corrosive, ie with further increase in temperature, no corrosive substances or gases.
  • DE 10 2004 036 109 A1 pamphlets DE 10 2005 036 607 A1 such as WO 2005/016819 A1 Discloses devices for the production of activated carbon.
  • the problem underlying the present invention consists in the provision of a new device (plant) or a new process for the production of activated carbon, wherein the previously described, associated with the prior art disadvantages - at least partially - avoided or at least mitigated ,
  • the device or system and the method should enable a less expensive, as little as cost-intensive as well as economically and ecologically improved or more efficient production of activated carbon.
  • the present invention therefore proposes a device (plant) for the production of activated carbon according to claim 1 or a process for the production of activated carbon according to claim 9 or the use of the device according to the invention (annex) according to claim 15; Further, advantageous embodiments are the subject of the respective subclaims.
  • the exhaust gas treatment device comprises at least one thermal afterburning (TNV).
  • TSV thermal afterburning
  • TSV thermal afterburning
  • a combustion of the resulting carbonization or activation of exhaust gases at temperatures above 900 ° C is understood in the context of the present invention.
  • gases contained in the exhaust gases in particular hydrocarbons, carbon monoxide and elemental hydrogen, are generally and substantially completely converted to water and carbon dioxide.
  • the remaining exhaust gases can thus be less expensive and thus be cleaned more cheaply and the resulting heat can be fed back to the carbonization or activation process, whereby energy can be saved.
  • the device according to the invention comprises at least one exhaust gas treatment device for treating the exhaust gases formed in operation in the carbonization device on the one hand and at least one exhaust gas treatment device for treating the exhaust gases formed in operation in the activation device on the other.
  • the carbonization device of the device according to the invention can usually be designed as follows.
  • the carbonization device comprises at least one rotary tube, in particular at least one rotary kiln.
  • the carbonization device forms a closed system and / or the carbonization device can be operated under inert conditions.
  • a closed system is to be understood as meaning, in particular, a system which exchanges as little energy as possible with the environment.
  • a material exchange with the environment should be avoided or at least minimized except for the supplied process gases (eg water vapor, carbon dioxide, etc.) and the exhaust gases discharged as far as possible; a material exchange thus takes place only under exactly defined and controlled conditions.
  • inert conditions is to be understood as meaning that the device according to the invention is operated with an inert gas atmosphere and the process according to the invention is carried out under an inert gas atmosphere, wherein the inert gas atmosphere is preferably a noble gas and / or nitrogen atmosphere a nitrogen atmosphere. Due to the inert gas atmosphere an unwanted excessive oxidation or burnup of the material used is avoided.
  • the carbonization device can be operated continuously or quasi-continuously. Furthermore, the temperature of the carbonization device during operation can be continuously or stepwise adjustable.
  • the temperature of the carbonization device in operation is controllable such that several, in particular at least two, preferably four to eight, temperature zones each with different temperatures, preferably with upstream each rising temperature of the individual temperature levels present.
  • the term "temperature zone” is to be understood as meaning a heating zone or an area having at least a substantially constant temperature.
  • the increase in the temperature in the process direction over several temperature zones causes a relatively constant emission of sulfur oxides SO x from the starting material to be carbonized.
  • no peaks of sulfur oxide emissions, in particular of sulfur dioxide emissions are obtained, so that the means for collecting and treating the exhaust gases may be smaller in size than would be possible in the event of spikes in the emission of sulfur oxides.
  • only the continuous and constant release of sulfur oxides, in particular sulfur dioxide allows a recycling or cyclic process of the sulfur oxides, which will be described in more detail below, which would otherwise not be feasible.
  • the temperature of the carbonization device in operation can vary within wide limits in the context of the present invention.
  • the temperature of the carbonization device in the range of 20 ° C to 1200 ° C, in particular 30 ° C to 1100 ° C, preferably 50 ° C to 1000 ° C, adjustable. It has been found to be particularly advantageous if a first, preferably at the inlet or in the direction of process flow at the beginning of the carbonization temperature zone located in operation in the range of 50 ° C to 500 ° C, in particular 200 ° C to 450 ° C, is adjustable.
  • a further, preferably located at the outlet or end of the carbonization temperature zone in operation in the range of 800 ° C to 1200 ° C, in particular 850 ° C to 950 ° C, is adjustable.
  • the carbonization device is subdivided into at least two sections.
  • a first, preferably upstream section can be formed by a heatable vibrating trough and a second section, preferably downstream of the first section, by a rotary tube, preferably one Rotary kiln, in particular with in the operating state in the process flow direction increasing temperature profile or temperature gradient, be formed.
  • the term "vibrating trough” is intended to mean a gutter or another conveying device, such as e.g. As a conveyor belt, to be understood, which ensures thorough mixing and uniform heating of the material to be carbonized by systematic vibration or vibration.
  • the first section of the carbonization device can be configured to be adjustable with a constant temperature or can be made adjustable with a temperature profile or temperature gradient rising in the process flow direction, while the second section can be controllably designed with a temperature profile or temperature gradient rising in the process flow direction. It has proved to be advantageous in the context of the present invention if the temperature in the first section of the carbonization device in the process sequence direction can be regulated continuously or in stages.
  • the temperature in the first section of the carbonization device in the process direction may vary in both areas.
  • the temperature in the first section of the carbonization device in the process flow direction can be controlled in the range from 50.degree. C. to 500.degree. C., preferably from 200.degree. C. to 450.degree. Nevertheless, depending on the application or the individual case, it is not impossible to deviate from the abovementioned values without departing from the scope of the present invention. To decide this is within the skill and discretion of the person skilled in the art.
  • the temperature in the second process section of the carbonization device in the process flow direction increases in the process flow direction, in particular in a stepwise or infinitely increasing manner.
  • the temperature in the process flow direction in the second section of the carbonization device in the process flow direction in several temperature zones or with a temperature gradient is increasing adjustable.
  • the temperature in the second section of the carbonization device in the process flow direction is concerned, this can vary within wide ranges.
  • the temperature in the process-flow direction second section of the carbonization device in the process flow direction is increasing in the range from 300 ° C. to 1200 ° C., preferably 350 ° C. to 950 ° C. Nevertheless, depending on the application or the individual case, it is not impossible to deviate from the abovementioned values without departing from the scope of the present invention. To decide this is within the skill and discretion of the person skilled in the art.
  • the carbonization device preferably at the inlet or in the process direction at the beginning of the carbonization device, in particular at the inlet or in the process direction at the beginning of the second section of the carbonization, a spraying or Eindüs founded for spraying or injecting water vapor, in particular in the form of a water vapor / inert gas mixture.
  • a spraying or Eindüs adopted for spraying or injecting water vapor, in particular in the form of a water vapor / inert gas mixture.
  • the proportion of water vapor in the steam / inert gas mixture in the range of 1 to 30 vol .-%, in particular 2 to 20 vol .-%, preferably 5 to 15 vol .-%, adjustable.
  • the spraying or injecting device for spraying or injecting water vapor in particular in the form of a water vapor / inert gas mixture, is in the first third, preferably in the first quarter, of the carbonization device.
  • the carbonization device preferably at the outlet or in the process direction at the end of the carbonization, a Eindüse adopted for introducing oxygen, especially in the form of an oxygen mixture with at least one other gas, preferably in the form of Air, has.
  • the volume flow of the registered oxygen into the carbonization device is concerned, this can vary in both ranges.
  • the injected volume flow rate of the oxygen, in particular in the form of an oxygen mixture with at least one further gas, preferably in the form of air in the range of 10 to 500 1 / min, in particular 25 to 250 1 / min, preferably 50 to 1001 / min , adjustable.
  • an exhaust gas treatment device for treating the exhaust gases formed in the carbonization device during operation is connected to the carbonization device or is connected downstream of it.
  • the exhaust gas treatment device comprises at least one thermal afterburning.
  • the exhaust gas treatment device in particular upstream of the thermal afterburning, has at least one heat exchanger for cooling the exhaust gases resulting from the thermal afterburning.
  • the heat released can either be used for heating the carbonization device and / or for heating the oxidation device for sulfur oxides described below.
  • the thermal afterburning and the heat exchanger downstream of a drying device for drying the cooled exhaust gases.
  • the drying device is in turn optionally connected downstream of a heating device for heating the dried exhaust gases.
  • the drying of the cooled exhaust gases can either by physical means, for. B. by adsorption, or by chemical means, for. Example by reaction with concentrated sulfuric acid or phosphorus pentoxide, carried out, with a drying of the exhaust gases on chemical routes in the context of the present invention is preferred.
  • the exhaust gas treatment device comprises an oxidation device for preferably catalytic oxidation of the sulfur oxides contained in the exhaust gases formed during operation in the carbonization device, in particular sulfur dioxide, to sulfur trioxide, preferably downstream of the thermal afterburning and optionally provided heat exchanger, drying device and / or heating device.
  • the oxidation device has at least one oxidation catalyst, preferably based on vanadium and / or platinum.
  • the oxidation device has a recycling device for the return of sulfur trioxide in the sulfonation.
  • the recirculation of the sulfur trioxide into the sulfonation device takes place via an intermediary manufacturing device for the sulfonating agent.
  • the sulfur trioxide formed can consequently be returned either directly and / or indirectly to the sulfonating device.
  • Direct recirculation here means a direct recirculation of gaseous sulfur trioxide into the sulfonating device.
  • the indirect recycling of the sulfur trioxide into the sulfonation means involves first washing out the sulfur trioxide from the gas stream, in particular with water or concentrated sulfuric acid in an intermediate device, and thus recycling the sulfur trioxide into the sulfonating device in the form of concentrated sulfuric acid or oleum.
  • the one oxidation device has a separating device for separating the sulfur trioxide from the remaining constituents of the exhaust gases, in particular carbon oxides and / or water vapor and / or nitrogen oxides.
  • a scrubber for washing the separated remaining components of the exhaust gases is provided downstream of the separating device for separating the sulfur trioxide from the other constituents of the exhaust gases.
  • the activation device forms a closed system, in particular the activation device, in particular at the beginning of the activation and / or at the beginning of the heating phase, can be operated under inert conditions.
  • the closed system and the inert conditions reference may be made to the above statements.
  • the temperature of the activation device in operation in the range of 300 ° C to 1800 ° C, in particular 400 ° C to 1500 ° C, preferably 500 ° C. up to 1,250 ° C, adjustable. Nevertheless, depending on the application or the individual case, it is not impossible to deviate from the abovementioned values without departing from the scope of the present invention. it is the skill or discretion of the person skilled in the art to decide.
  • the temperature of the activation device during operation is continuously and / or continuously adjustable. It may be provided that the activation device has at least one heating device, in particular an electrically operated heater.
  • the activation device has at least one introduction device for introducing, in particular injecting and / or injecting, at least one activation gas, in particular water vapor and / or carbon dioxide and / or oxygen and / or ammonia.
  • the introduction device has at least one temperature control device for setting the activation gas to be introduced into the activation device (eg water vapor).
  • the introduction device has at least one introduction device for introducing, in particular injecting, spraying and / or injecting, water vapor, in particular in the form of a water vapor / inert gas mixture.
  • a water vapor / inert gas mixture As far as the proportion of water vapor in the steam / inert gas mixture is concerned, this can vary within wide limits. In general, the proportion of water vapor in the water vapor / inert gas mixture in the range of 5 to 70 vol .-%, in particular 10 to 50 vol .-%, preferably 15 to 40 vol .-%, adjustable.
  • inert gases are gases or gaseous mixtures which are not or only slightly reactive under the conditions prevailing during the activation and / or whose reactions have no or at least no negative influence on the process occurring in the activated carbon production Own processes;
  • the inert gases used in the context of the present invention are in particular nitrogen and / or noble gases (eg argon), preferably nitrogen. Nevertheless, depending on the application or the individual case, it is not impossible to deviate from the abovementioned values without departing from the scope of the present invention. It is up to the expert judgment of the person skilled in the field to decide. It can be provided that the water vapor at temperatures from 500 ° C can be injected, sprayed and / or blown.
  • the introduction device has at least one introduction device for introducing, in particular injecting, spraying and / or injecting, carbon dioxide, in particular in the form of a carbon dioxide / inert gas mixture.
  • the inert gases used reference may be made to the above statements.
  • the carbon dioxide at temperatures from 800 ° C can be injected, sprayed and / or blown.
  • the burning behavior of the raw activated carbon and thus its subsequent porosity is significantly influenced by the temperature during the activation and optionally the CO 2 content in the activation device during the activation.
  • the introduction device for introducing the activating gases from at least one storage container, which contains the at least one activating gas, fed and / or is connected thereto.
  • an exhaust gas treatment device for the treatment of the exhaust gases formed in the activation device during operation and / or is connected downstream of the activation device. It has proven to be particularly advantageous if the exhaust gas treatment device comprises at least one thermal afterburning.
  • the exhaust gases from the activation device are generally and at least essentially hydrogen and carbon oxides, in particular carbon monoxide.
  • the exhaust gas treatment device in particular upstream of the thermal afterburning, has at least one scrubber for scrubbing the exhaust gases originating from the thermal afterburning.
  • the exhaust gases which predominantly consist of carbon dioxide and water vapor due to the thermal afterburning, are emitted. However, at most excess waste gases are fed to the scrubber, d. H. Exhaust gases that can not be used in the process. The majority of the exhaust gases from the activation is - as described below - used in the individual process stages of activated carbon production as an energy supplier.
  • the exhaust gases from the downstream of the activation device exhaust gases, in particular from the thermal afterburning, for particular indirect heating of the activation device and / or via a supply line for heating of the at least one activation gas containing storage container or at least an activation gas and / or for heating the drying device, in particular for producing a fluidized bed used.
  • the device or the system may in particular be designed such that the exhaust gases from the thermal activation (TNV) coming from the activation device, approximately 1000 ° C hot exhaust gases are guided along the outside of the activation device and indirectly heat them, so that at least about 10% to 20% of the energy requirement during activation can be covered in this way.
  • the then still about 800 ° C hot exhaust gases can then be used to heat the activating gases, in particular the water vapor.
  • the exhaust gases of the thermal afterburning also directly, d. H. are used without prior advance on the activator for heating the activating gases.
  • the exhaust gases if appropriate after passing through the storage vessel for the activating gases and / or the heating of the activating gases, are used to dry the starting materials required for the production of activated carbon, in particular to produce a fluidized bed, in particular after dilution with air cooled down to about 150 ° C.
  • the cooled exhaust gas can then be emitted via a scrubber, wherein - as stated above - excess, unused exhaust gas can be removed at any time via a scrubber and subsequently emitted.
  • temperatures at which the drying device is operable these can vary within wide ranges. In general, the drying device at temperatures in the range of 100 ° C to 400 ° C, in particular 100 ° C to 200 ° C, operable. Nevertheless, depending on the application or the individual case, it is not impossible to deviate from the abovementioned values without departing from the scope of the present invention. it is the skill or discretion of the person skilled in the art to decide.
  • the sulfonating device As far as the temperatures at which the sulfonation device is operable, they can vary within wide ranges. In general, the sulfonating device is operable at temperatures in the range of 25 ° C to 400 ° C, especially 50 ° C to 300 ° C. Nevertheless, depending on the application or the individual case, it is not impossible to deviate from the abovementioned values without departing from the scope of the present invention. it is the skill or discretion of the person skilled in the art to decide.
  • a classification device for classifying the carbonates originating from the carbonization device is also provided. This allows a classification of the resulting activated carbon based on the particle size and thus on application properties. By subsequent, planned mixing of the individual classes, the resulting activated carbon can be specially adapted to the required requirements. In this way, only such carbonization comes into the activation, which is desired in terms of its particle size.
  • ion exchange resins and their precursors for example, as polymeric organic starting material.
  • sulfonated ion exchange resins and their unsulfonated precursors and / or divinylbenzene crosslinked polystyrenes such as.
  • styrene / divinylbenzene copolymers in sulfonated or unsulfonated form, preferably with a Divinylbenzolgehalt of z.
  • B. 1 to 10 wt .-% divinylbenzene, based on the copolymer can be used.
  • the exhaust gas treatment generally comprises at least one thermal afterburning.
  • the exhaust gases originating from the carbonization or activation are preferably each subjected to a separate exhaust gas treatment, since they have different compositions and consequently different demands are placed on their treatment; so z. B. the exhaust gases from the carbonization of sulfur oxides are released.
  • the carbonization is carried out in at least one rotary tube, in particular in at least one rotary kiln.
  • the carbonation can be carried out continuously or quasi-continuously and / or the temperature can be regulated or controlled continuously or stepwise during the carbonation.
  • the temperature during the carbonation is controlled and / or controlled so that the carbonization in several, especially in at least two, preferably in four to eight temperature zones each with different temperatures, preferably with each upstream temperature of the individual temperature stages, is performed.
  • the carbonization in a temperature gradient, preferably with upstream temperature profile is carried out.
  • the temperature during carbonization is controlled in the range of 20 ° C to 1,200 ° C, especially 30 ° C to 1,100 ° C, preferably 50 ° C to 1,000 ° C. Nevertheless, depending on the application or the individual case, it is not impossible to deviate from the abovementioned values without departing from the scope of the present invention. it is the skill or discretion of the person skilled in the art to decide.
  • the carbonization is generally divided into at least two substeps. It may be provided that a first, preferably carried out upstream sub-step is carried out in a heated vibrating trough and a second, preferably downstream to the first section performed sub-step in a rotary tube, preferably in a rotary kiln, in particular with increasing in the process flow direction temperature profile or temperature gradient performed becomes.
  • the first partial step can be carried out with a constant temperature or with a temperature profile or temperature gradient increasing in the process flow direction and / or the second partial step can be carried out with a temperature profile or temperature gradient rising in the process flow direction.
  • the temperature can be regulated continuously or in stages in the first sub-step of the carbonation in the process sequence direction. As far as the temperatures in the first step of the carbonization in the process direction direction are concerned, these can vary within wide ranges.
  • the temperature in the first step of the carbonation in the process flow direction is controlled continuously or stepwise in the range of 50 ° C to 500 ° C, preferably 200 ° C to 450 ° C. Nevertheless, depending on the application or the individual case, it is not impossible to deviate from the abovementioned values without departing from the scope of the present invention. To decide this is within the skill and discretion of the person skilled in the art.
  • the temperature in the second step of the carbonization process in the direction of process flow increasing in process flow direction are regulated.
  • this may vary within wide ranges.
  • the temperature in the process sequence direction of the second step of the carbonization process in the direction of increasing in the range of 300 ° C to 1200 ° C, preferably 350 ° C to 950 ° C, regulated. Nevertheless, depending on the application or the individual case, it is not impossible to deviate from the abovementioned values without departing from the scope of the present invention. It is within the skill and discretion of the person skilled in the art to decide.
  • water vapor in particular in the form of a water vapor / inert gas Mixture, sprayed or injected.
  • the proportion of water vapor in the water vapor / inert gas mixture in the range of 1 to 30 vol .-%, in particular 2 to 20 vol .-%, preferably 5 to 15 vol .-%, adjusted. Nevertheless, depending on the application or the individual case, it is not impossible to deviate from the aforementioned values without departing from the scope of the present invention. it is the skill or discretion of the person skilled in the art to decide.
  • oxygen in particular in the form of an oxygen mixture with at least one further gas, preferably in the form of Air
  • registered or injected becomes.
  • the introduced or injected volume flow of oxygen, in particular in the form of an oxygen mixture with at least one further gas, preferably in the form of air in the range of 10 to 500 1 / min, in particular 25 to 250 1 / min, preferably 50 to 100 1 / min, set.
  • the exhaust gas treatment comprises at least one thermal afterburning.
  • the exhaust gases resulting from the thermal afterburning in particular by means of a heat exchanger, are cooled.
  • the cooling of the exhaust gases is followed by drying of the cooled exhaust gases. Again, if appropriate, the drying of the exhaust gases can be followed by heating of the dried exhaust gases.
  • the exhaust gas treatment comprises an oxidation, preferably a catalytic oxidation, contained in the exhaust gases formed in the carbonization, sulfur dioxide, sulfur trioxide, preferably downstream thermal post-combustion and optionally carried out cooling, drying and / or or warming.
  • the oxidation is carried out by means of and / or in the presence of at least one oxidation catalyst, preferably based on vanadium and / or platinum.
  • the sulfur trioxide generated in the oxidation is returned to the sulfonation and / or peptization.
  • the generated during the oxidation of sulfur trioxide in the sulfonation and / or peptization after a recycled intermediate process step of the preparation of the sulfonating agent.
  • the sulfur trioxide generated in the oxidation is separated from the remaining constituents of the exhaust gases, in particular carbon oxides and / or water vapor and / or nitrogen oxides.
  • the sulfur trioxide generated in the oxidation is separated from the remaining constituents of the exhaust gases, in particular carbon oxides and / or water vapor and / or nitrogen oxides.
  • the carbonization then joins, optionally after an intermediate Klassier Colour the carbonizate, an activation of the previously prepared carbonizate.
  • the activation is carried out batchwise.
  • the activation is carried out in a closed system and / or if the activation, in particular at the beginning of the activation and / or at the beginning of the heating phase, is carried out under inert conditions.
  • the temperature during the activation can vary within wide ranges. In general, the temperature during the activation in the range of 300 ° C to 1800 ° C, in particular 400 ° C to 1500 ° C, preferably 500 ° C to 1250 ° C, adjusted. Nevertheless, depending on the application or the individual case, it is not impossible to deviate from the abovementioned values without departing from the scope of the present invention. it is the skill or discretion of the person skilled in the art to decide.
  • the temperature during the activation continuously and / or continuously preferably by means of a heater, in particular an electrically operated heater is set.
  • At least one activation gas in particular water vapor and / or carbon dioxide and / or oxygen and / or ammonia, is introduced, in particular injected and / or injected, during the activation.
  • the activation gas entered into the activation is heated to a defined temperature.
  • activation gases When using a plurality of different activation gases, these can be added to the activation simultaneously or with a time offset, wherein a time-delayed entry is preferred in the context of the present invention. Also, the activation gases can be registered at the same or different temperatures.
  • At least steam in particular in the form of a steam / inert gas mixture, can be introduced, in particular injected, sprayed and / or blown in during the activation as activating gas.
  • the proportion of water vapor in the steam / inert gas mixture can vary within wide limits.
  • the proportion of water vapor in the water vapor / inert gas mixture in the range of 5 to 70 vol .-%, in particular 10 to 50 vol .-%, preferably 15 to 40 vol .-%, adjusted. Nevertheless, depending on the application or the individual case, it is not impossible to deviate from the abovementioned values without departing from the scope of the present invention. it is the skill or discretion of the person skilled in the art to decide. It may be provided that the steam is injected during activation at temperatures from 500 ° C, sprayed and / or blown.
  • carbon dioxide in particular in the form of a carbon dioxide / inert gas mixture
  • activating gas in particular in addition to steam as activating gas.
  • injected, sprayed and / or injected is. It may be provided that the carbon dioxide at temperatures from 800 ° C, injected, sprayed and / or injected.
  • the temperatures and the carbon dioxide content during activation influence the burning behavior of the material to be activated and thus the material properties of the resulting activated carbon.
  • the at least one activation gas is fed into the activation via an introduction device from a storage container.
  • the exhaust gas treatment comprises at least one thermal afterburning.
  • a washing of the exhaust gases originating from the thermal afterburning can be carried out following the thermal afterburning.
  • the exhaust gases which predominantly consist of carbon dioxide and water vapor due to the thermal afterburning, are emitted.
  • excess exhaust gases are supplied directly to the laundry, while it is predominantly used as an energy supplier in the various processes of activated carbon production.
  • the exhaust gases originating from the exhaust gas treatment ie exhaust gas treatment of the exhaust gases resulting from the activation
  • the thermal afterburning become the in particular indirect heating for the activation (device) and / or for heating the at least one Activation gas and / or for drying, in particular for producing a fluidized bed used.
  • the exhaust gases resulting from the activation in particular After passing the thermal afterburning, reference may be made to the above explanations of the device according to the invention.
  • a drying step (a) is connected upstream of the actual activated carbon production.
  • the drying can be carried out in a fluidized bed, the drying, in particular its fluidized bed, preferably being operated by means of exhaust gases originating from the exhaust gas treatment (ie the exhaust gas treatment of the exhaust gases resulting from the activation), in particular from the thermal afterburning.
  • the drying can be operated discontinuously.
  • the drying temperatures can vary widely.
  • a step of sulfonation and / or peptization precedes.
  • the actual sulfonation i.e., introduction of sulfonic acid groups
  • peptization i.e., the dissolution of monomeric, dimer, and oligomeric units remaining in the feedstock and their deposition on the outer surface of the particles of the feedstock.
  • the sulfonation and / or peptization can be operated discontinuously.
  • the temperature of the sulfonation or peptization can vary within wide ranges.
  • the sulfonation or peptization at temperatures in the range of 25 ° C to 400 ° C, in particular 50 ° C to 300 ° C operated. Nevertheless, depending on the application or the individual case, it is not impossible to deviate from the abovementioned values without departing from the scope of the present invention. this it is the skill or discretion of the person skilled in the art to decide.
  • a process step of classifying the carbonization derived from the carbonation can also be carried out.
  • Much of the sulfonating agent used can be recovered so that only a small portion of the sulfonating agent is actually consumed and must be replaced.
  • the recovery of the sulfonating agent drastically reduces the total amount of all the resulting exhaust gases, especially the corrosive acidic exhaust gases.
  • the exhaust gases after removal of the sulfur-containing compounds consist almost exclusively of the harmless combustion residues carbon dioxide and water vapor.
  • the post-combustion generates heat, which can significantly reduce the energy requirements of activated carbon production; so z.
  • hot exhaust gases originating from the thermal afterburning can also be used to heat the activating gases or to dry the starting materials used for the activated carbon production.
  • the classification of the raw activated carbon before activation allows separation or else a targeted mixing of the individual classes, so that the resulting activated carbon can be optimally adapted to the intended use.
  • the SO 2 output during the carbonization can be kept constant so as to make it possible to carry out a process for producing sulfur trioxide and thus recovering the sulfonating agent.
  • the exhaust gases originating from the activation 5 likewise undergo thermal afterburning (TNV) 5C , whereby the still hot exhaust gases originating from the thermal afterburning can, on the one hand, be used to co-heat the activation device 5 , and on the other hand, in order to heat the activating gases or the respective container for the activating gases, in particular steam, at 5B , the heated activating gases, in particular steam, then being supplied to the activation via 5A , and finally also to the required heat and the fluidized bed for the To deliver drying stage 2 .
  • the optionally unused exhaust gases from the thermal afterburning (TNV) 5C can then, optionally after a scrubber 5D , as exhaust gases, in particular mainly consisting of carbon dioxide CO 2 and water vapor H 2 O, etc., emitted.
  • the device or the method according to the invention can be configured as follows:
  • the starting material for example styrene / divinylbenzene copolymers, in particular gel-type or macroporous ion exchangers, are subjected to drying in a first stage if they are in a non-dried or moist form, preference being given to drying the starting material in a fluidized bed using waste heat from the activation takes place.
  • the drying is usually carried out batchwise or batchwise (for example 1 m 3 of starting material per batch).
  • unsulfonated starting materials these are subjected to sulfonation and / or peptization in a second, drying-downstream stage.
  • the starting polymers or ion exchangers are brought into contact with a suitable sulfonating agent, in particular concentrated sulfuric acid or oleum (for example oleum 15%), in particular at temperatures of 100 ° C. to 400 ° C., preferably 150 to 250 ° C.
  • a suitable sulfonating agent in particular concentrated sulfuric acid or oleum (for example oleum 15%)
  • oleum for example oleum 15%
  • the carbonization or pyrolysis of the dry and sulfonated starting material is then carried out, the carbonization preferably being operated continuously or quasi-continuously, in particular in a closed system.
  • the carbonation takes place under inert reaction conditions.
  • the material can typically be applied to a heatable vibrating trough, usually under an inert gas atmosphere, whereby the material, for example within 60 minutes, z. B. can be heated to 350 ° C.
  • This vibrating trough then passes into a likewise continuous or quasi-continuously operated rotary kiln with a temperature at the inlet side typically of 400 ° C.
  • the material is then over typically six to eight heating zones on z. B. 900 ° C heated.
  • steam preferably of a corresponding nitrogen / steam mixture (eg 10 to 30% by volume of steam)
  • air or oxygen eg 50 to 100 l / min
  • the material After completion of the carbonization or pyrolysis, the material is typically accessible and has an internal surface area (BET) of, for example, 400 to 800 m 2 / g. According to the starting materials, it is preferable that the particle shape is spherical.
  • the activation of the previously prepared carbonizate takes place.
  • the material preferably after prior classification, filled into narrow grain fractions in a rotary kiln with internals and heated under inert atmosphere, for example, to about 960 ° C, for example, from about 600 ° C of the atmosphere water vapor (eg to 30% by volume), preferably in the form of a nitrogen / steam mixture.
  • water vapor eg to 30% by volume
  • carbon dioxide CO 2 are added and / or the temperature can be varied, for example, to influence the burning behavior.
  • the resulting in the activation gases, in particular hydrogen H 2 and carbon monoxide CO can be advantageously used for indirect heating of the activation tube. This means that approx. 20% of the total energy requirement of the system can be extracted from the process.
  • the exhaust gases originating from the carbonization or pyrolysis can first be post-combusted after thermal post-combustion (TNV), in particular via excess air, in order to oxidize all organic constituents; Subsequently, the SO 2 -rich exhaust gas is advantageously passed into a heat exchanger and cooled to dehumidify it in a gas drying by means of sulfuric acid, and after subsequent heating, for example to temperatures of about 480 ° C, the gas over several stages of an oxidation catalyst (eg vanadium-based oxidation catalyst, eg vanadium pentoxide) until the sulfur dioxide SO 2 is oxidized to sulfur trioxide SO 3 .
  • TSV thermal post-combustion
  • the SO 3 -containing offgas is typically again cooled and the SO 3 is scrubbed by means of concentrated sulfuric acid so that it can be recycled to the sulfonation.
  • a complete cycle of sulfonating agents is realized and no expensive disposal required.
  • the exhaust gas quantities occurring are relatively constant, which can be realized by configuring the SO 2 -relevant process steps, in particular the carbonization or pyrolysis, continuously or quasi-continuously and the SO 2 output is kept approximately constant, ie without peaks of SO 2 emissions.
  • the treatment may be carried out in the manner described above (ie thermal afterburning and use of exhaust gases originating from thermal afterburning for heating the activating gases, in particular water vapor, and / or indirect Heating of the activation furnace and / or use for drying in the context of the fluidized bed).
  • Another object of the present invention - according to a third aspect of the present invention - is finally the use of the device according to the invention, as described above, for the production of activated carbon.
  • the production of the activated carbon in the context of the use according to the invention is carried out by carbonation and subsequent activation of polymeric organic, preferably sulfonated starting materials.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Herstellung von Aktivkohle.
  • Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung bzw. Anlage sowie ein Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle, insbesondere durch Carbonisierung und nachfolgende Aktivierung geeigneter polymerer Ausgangsmaterialien, wie sulfonierter Polymere.
  • Aktivkohle ist aufgrund ihrer recht unspezifischen adsorptiven Eigenschaften das am meisten angewandte Adsorbens. Gesetzliche Auflagen, aber auch das steigende Bewußtsein der Verantwortung für die Umwelt, führen zu einem steigenden Bedarf an Aktivkohle.
  • Aktivkohle wird im allgemeinen durch Carbonisierung (synonym auch als "Schwelung", "Pyrolyse" oder dergleichen bezeichnet) und nachfolgende Aktivierung geeigneter kohlenstoffhaltiger Verbindungen bzw. Edukte (Ausgangsmaterialien) erhalten, wobei im allgemeinen solche Ausgangsverbindungen bevorzugt werden, die zu ökonomisch vernünftigen Ausbeuten führen; denn die Gewichtsverluste durch Abspalten flüchtiger Bestandteile beim Schwelen und durch den Abbrand beim Aktivieren sind erheblich. Für weitergehende Einzelheiten der Aktivkohleherstellung kann beispielsweise verwiesen werden auf H. v. Kienle und E. Bäder, Aktivkohle und ihre industrielle Anwendung, Enke Verlag Stuttgart, 1980.
  • Bei der Schwelung - synonym auch als "Carbonisierung" oder "Pyrolyse" bezeichnet - erfolgt die Umwandlung des kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterials zu Kohlenstoff, d. h. mit anderen Worten wird das Ausgangsmaterial verkohlt. Bei der Schwelung der zuvor genannten polymeren, insbesondere sulfonierten organischen Ausgangsmaterialien werden - unter Abspaltung flüchtiger Bestandteile wie insbesondere SO2 - die funktionellen chemischen Gruppen, insbesondere Sulfonsäuregruppen, zerstört, und es bilden sich freie Radikale, die eine starke Vernetzung bewirken - ohne die es ja keinen Pyrolyserückstand (= Kohlenstoff) gäbe.
  • Das Grundprinzip der der Carbonisierung nachfolgenden Aktivierung dagegen besteht darin, einen Teil des bei der Carbonisierung generierten Kohlenstoffs selektiv und gezielt unter geeigneten Bedingungen abzubauen. Hierdurch entstehen zahlreiche Poren, Spalten und Risse, und die auf die Masseneinheit bezogene Oberfläche nimmt erheblich zu. Bei der Aktivierung wird also ein gezielter Abbrand des zuvor carbonisierten Materials vorgenommen. Da bei der Aktivierung Kohlenstoff abgebaut wird, tritt bei diesem Vorgang ein zum Teil erheblicher Substanzverlust ein, welcher unter optimalen Bedingungen gleichbedeutend mit einer Erhöhung der Porosität und einer Zunahme der inneren Oberfläche und des Porenvolumens ist. Die Aktivierung erfolgt daher unter selektiven bzw. kontrollierten, im allgemeinen oxidierenden Bedingungen.
  • Aber auch die Beschaffenheit der erzeugten Aktivkohle - fein- oder grobporig, fest oder brüchig - hängt vom Ausgangsmaterial ab. Übliche Ausgangsmaterialien sind Kokosnußschalen, Holzabfälle, Torf, Steinkohle, Peche, aber auch besondere Kunststoffe, die unter anderem bei der Herstellung von Aktivkohlegeweben eine gewisse Rolle spielen.
  • Aktivkohle wird in verschiedenen Formen verwendet: Pulverkohle, Splitterkohle, Kornkohle, Formkohle und seit Ende der siebziger Jahre auch kugelförmige Aktivkohle ("Kugelkohle"). Kugelförmige Aktivkohle hat gegenüber anderen Formen von Aktivkohle wie Pulver-, Splitter-, Kornkohle und dergleichen eine Reihe von Vorteilen, die sie für bestimmte Applikationen wertvoll oder sogar unverzichtbar macht: Sie ist rieselfähig, enorm abriebfest (d. h. staubfrei) und sehr hart. Wegen des hohen Preises beschränkt sich aber ihr Einsatz im wesentlichen auf Schutzanzüge und hochwertige Filter für Schadstoffe in Luftströmen.
  • Kugelkohle ist wegen ihrer speziellen Form, aber auch wegen der extrem hohen Abriebfestigkeit, beispielsweise für besondere Einsatzgebiete, wie z. B. Flächenfilter für Schutzanzüge gegen chemische Gifte und Filter für niedrige Schadstoffkonzentrationen in großen Luftmengen, sehr gefragt. So kann bei der Beladung von retikulierten, großporigen Polyurethanschäumen mit Aktivkohle gemäß der DE 38 13 563 A1 nur eine gut rieselfähige Kohle eingesetzt werden, wenn auch die inneren Schichten des Schaumstoffinaterials optimal belegt werden sollen. Bei der Herstellung von Schutzanzügen gegen chemische Gifte in Anlehnung an die DE 33 04 349 C3 beispielsweise kann ebenfalls nur eine hoch abriebfeste Kohle eingesetzt werden, und nur Kugelkohle erfüllt diese Anforderung.
  • Kugelkohle wird heute noch meist durch mehrstufige und sehr aufwendige Verfahren hergestellt. Das bekannteste Verfahren besteht in der Herstellung von Kügelchen aus Steinkohlenteerpech und geeigneten asphaltartigen Rückständen der Erdölchemie, welche oxidiert - damit sie unschmelzbar werden -, geschwelt und aktiviert werden. Beispielsweise kann die Kugelkohle auch in einem mehrstufigen Verfahren ausgehend von Bitumen hergestellt werden. Diese mehrstufigen Verfahren sind sehr kostenintensiv, und der damit verbundene hohe Preis dieser Kugelkohle verhindert viele Anwendungen, bei denen die Kugelkohle aufgrund ihrer Eigenschaften eigentlich bevorzugt werden müßte.
  • Folglich wurde versucht, hochwertige Kugelkohle auf anderem Wege herzustellen. Aus dem Stand der Technik bekannt ist die Herstellung von Kugelkohle durch Schwelung und anschließende Aktivierung von neuen oder gebrauchten Ionenaustauschern, die Sulfonsäuregruppen enthalten, bzw. durch Schwelung von Ionenaustauschervorstufen in Gegenwart von Schwefelsäure und anschließende Aktivierung, wobei die Sulfonsäuregruppen bzw. die Schwefelsäure die Funktion eines Vernetzers haben, wobei die Ausbeuten - unabhängig davon, ob von fertigen Kationenaustauschern oder von unsulfonierten Ionenaustauschervorstufen ausgegangen wird - etwa 30 bis 50 % betragen, bezogen auf organisches bzw. polymeres Ausgangsmaterial. Solche Verfahren sind beispielsweise in der DE 43 28 219 A1 und in der DE 43 04 026 A1 sowie in der DE 196 00 237 A1 , einschließlich der deutschen Zusatzanmeldung DE 196 25 069 A1 , beschrieben. Nachteilig und problematisch bei diesen Verfahren sind aber insbesondere die großen Mengen an freigesetztem Schwefeldioxid - pro kg Endprodukt etwa 1 kg SO2 - sowie die damit unter anderem verbundenen Korrosionsprobleme in den Herstellapparaturen. Bei der Verwendung gebrauchter Ionenaustauscherharze, insbesondere gebrauchter Kationenaustauscherharze, als Ausgangsmaterialien besteht zudem das Problem, daß diese - trotz einer Wäsche mit Säure - mit Kationen, die sich dann im Endprodukt anreichern, verunreinigt sind, so daß die Herstellung größerer Mengen Kugelkohle in gleichbleibender Qualität folglich sehr schwierig ist. Bei der Verwendung von Ionenaustauschervorstufen - also Polymerkügelchen ohne Austauschergruppen (Sulfonsäuregruppen) - sind zudem große Mengen von Schwefelsäure und/oder Oleum für die Vernetzung während der Schwelung erforderlich.
  • In der WO 98/07655 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung von Aktivkohlekügelchen beschrieben, bei dem zunächst eine Mischung, die einen aus der Diisocyanatherstellung stammenden Destillationsrückstand, einen kohlenstoffhaltigen Verarbeitungshilfsstoff und gegebenenfalls einen oder mehrere weitere Zusatzstoffe umfaßt, zu rieselfähigen Kügelchen verarbeitet wird und anschließend die auf diese Weise erhaltenen Kügelchen geschwelt und dann aktiviert werden. Auch bei diesem Verfahren werden bei der Schwelung stoßweise große Mengen an Zersetzungsprodukten freigesetzt, was mit den zuvor geschilderten Problemen verbunden ist.
  • US 2009/142252 und US 4 115 317 offenbaren Vorrichtungen sowie Verfahren Herstellung von Aktivkohle, die eine Carbonisierungseinrichtung zur Carbonisierung von Ausgangsmaterialien, eine Aktivierungseinrichtung, sowie eine Abgasbehandlungseinrichtung umfassen.
  • US 2007/254807 und WO 2007/119698 offenbaren Vorrichtungen sowie Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle, die eine Carbonisierungseinrichtung zur Carbonisierung von Ausgangsmaterialien, eine Aktivierungseinrichtung, sowie eine Abgasbehandlungseinrichtung umfassen. Carbonisierung und Aktivierung werden in einer einzigen Einrichtung durchgeführt.
  • Die auf Anmelderin selbst zurückgehende WO 01/83368 A1 betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle, wobei die erforderlichen Verfahrensschritte der Schwelung einerseits und der Aktivierung andererseits getrennt voneinander durchgeführt werden, wobei die Schwelung kontinuierlich, aber die Nachschwelung und Aktivierung diskontinuierlich durchgeführt wird. Dieses Verfahren basiert maßgeblich auf der Trennung der korrosiven Phase (d. h. Vorschwelung, verbunden mit SO2-Ausstoß) von der Hochtemperatur-Phase (Aktivierung). Denn vorgeschweltes Ausgangsmaterial ist nicht mehr korrosiv, d. h. bei weiterer Temperaturerhöhung entstehen keine korrosiven Stoffe bzw. Gase mehr.
  • Weiterhin sind aus den auf die Anmelderin selbst zurückgehenden Druckschriften DE 10 2004 036 109 A1 , DE 10 2005 036 607 A1 sowie WO 2005/016819 A1 Vorrichtungen zur Herstellung von Aktivkohle offenbart.
  • Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Aktivkohle befassen sich jedoch meist mit der Verbesserung nur von Teilaspekten und liefern keinen ganzheitlichen Ansatz, welcher allen bei der Aktivkohleherstellung auftretenden Problemen Rechnung trägt, insbesondere dem hohen Energieaufwand, dem Einsatz kostenintensiver Aus-gangsmaterialien und Chemikalien, dem Ausstoß von Abgasen, dem Verlust von Energie in den einzelnen Verfahrensstufen und dergleichen.
  • Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem besteht daher in der Bereitstellung einer neuen Vorrichtung (Anlage) bzw. eines neuen Verfahrens zur Herstellung von Aktivkohle, wobei die zuvor geschilderten, mit dem Stand der Technik verbundenen Nachteile - zumindest teilweise - vermieden oder aber wenigstens abgeschwächt werden sollen.
  • Dabei sollen die Vorrichtung bzw. Anlage sowie das Verfahren eine weniger aufwendige, möglichst wenig kostenintensive sowie in ökonomischer wie ökologischer Hinsicht verbesserte bzw. effizientere Herstellung von Aktivkohle ermöglichen.
  • Zur Lösung der zuvor geschilderten Aufgabe schlägt die vorliegende Erfindung daher eine Vorrichtung (Anlage) zur Herstellung von Aktivkohle gemäß Anspruch 1 bzw. ein Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle gemäß Anspruch 9 bzw. die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung (Anlage) gemäß Anspruch 15 vor; weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der betreffenden Unteransprüche.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit - gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung - eine Vorrichtung bzw. Anlage zur Herstellung von Aktivkohle, insbesondere durch Carbonisierung und nachfolgende Aktivierung polymerer organischer, vorzugsweise sulfonierter Ausgangsmaterialien, wobei die Vorrichtung bzw. Anlage
    • gegebenenfalls eine Trocknungseinrichtung zur Trocknung der Ausgangsmaterialien,
    • gegebenenfalls eine Sulfonierungseinrichtung zur Sulfonierung und/oder Peptisation der gegebenenfalls zuvor getrockneten Ausgangsmaterialien, insbesondere stromabwärts zur gegebenenfalls vorhandenen Trocknungseinrichtung angeordnet,
    • eine Carbonisierungseinrichtung zur Carbonisierung der gegebenenfalls zuvor getrockneten und/oder sulfonierten und/oder peptisierten Ausgangsmaterialien, insbesondere stromabwärts zur gegebenenfalls vorhandenen Trocknungseinrichtung und/oder zur gegebenenfalls vorhandenen Sulfonierungseinrichtung angeordnet,
    • eine stromabwärts zur Carbonisierungseinrichtung angeordnete Aktivierungseinrichtung zur Aktivierung der zuvor in der Carbonisierungseinrichtung carbonisierten Ausgangsmaterialien
    aufweist, wobei die Vorrichtung bzw. Anlage außerdem mindestens eine Abgasbehandlungseinrichtung zur Behandlung der in der Carbonisierungseinrichtung und/oder in der Aktivierungseinrichtung im Betrieb gebildeten Abgase umfaßt.
  • Im allgemeinen umfaßt die Abgasbehandlungseinrichtung mindestens eine thermische Nachverbrennung (TNV).
  • Unter einer thermischen Nachverbrennung (TNV) wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Verbrennung der bei der Carbonisierung bzw. Aktivierung entstehenden Abgase bei Temperaturen oberhalb von 900 °C verstanden. Durch dieses Verfahren werden in den Abgasen enthaltene Gase, wie insbesondere Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und elementarer Wasserstoff, im allgemeinen und im wesentlichen vollständig zu Wasser und Kohlendioxid umgesetzt. Die verbleibenden Abgase können somit weniger aufwendig und folglich kostengünstiger gereinigt werden und die entstehende Wärme kann dem Carbonisierungs- bzw. Aktivierungsprozeß wieder zugeführt werden, wodurch Energie eingespart werden kann.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens eine Abgasbehandlungseinrichtung zur Behandlung der in der Carbonisierungseinrichtung im Betrieb gebildeten Abgase einerseits und mindestens eine Abgasbehandlungseinrichtung zur Behandlung der in der Aktivierungseinrichtung im Betrieb gebildeten Abgase andererseits.
  • Was die Carbonisierungseinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung anbelangt, so kann diese üblicherweise wie folgt ausgebildet sein.
  • Im allgemeinen umfaßt die Carbonisierungseinrichtung mindestens ein Drehrohr, insbesondere mindestens einen Drehrohrofen.
  • Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Carbonisierungseinrichtung ein geschlossenes System bildet und/oder die Carbonisierungseinrichtung unter inerten Bedingungen betreibbar ist.
  • Unter einem geschlossenen System soll im Rahmen der Erfindung insbesondere ein System verstanden werden, welches möglichst wenig Energie mit der Umgebung austauscht. Auch ein Materieaustausch mit der Umgebung soll bis auf die zugeführten Prozeßgase (z. B. Wasserdampf, Kohlendioxid etc.) und die abgeführten Abgase möglichst vermieden oder aber zumindest minimiert werden; ein Materieaustausch findet also nur unter genau definierten und kontrollierten Bedingungen statt.
  • Unter dem Begriff inerte Bedingungen soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere verstanden werden, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Inertgasatmosphäre betrieben und das erfindungsgemäße Verfahren unter einer Inertgasatmosphäre durchgeführt wird, wobei es sich bei der Inertgasatmosphäre vorzugsweise um eine Edelgas- und/oder Stickstoffatmosphäre, bevorzugt eine Stickstoffatmosphäre, handelt. Durch die Inertgasatmosphäre wird eine ungewollte übermäßige Oxidation bzw. ein Abbrand des eingesetzten Materials vermieden.
  • Erfindungsgemäß kann die Carbonisierungseinrichtung kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich betreibbar sein. Weiterhin kann die Temperatur der Carbonisierungseinrichtung im Betrieb kontinuierlich oder stufenweise regelbar sein.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Temperatur der Carbonisierungseinrichtung im Betrieb derart regelbar, daß mehrere, insbesondere mindestens zwei, vorzugsweise vier bis acht, Temperaturzonen mit jeweils voneinander verschiedenen Temperaturen, vorzugsweise mit stromaufwärts jeweils ansteigender Temperatur der einzelnen Temperaturstufen, vorliegen. Alternativ kann aber auch ein Temperaturgradient, vorzugsweise mit stromaufwärts ansteigendem Temperaturprofil, vorliegen.
  • Unter dem Begriff der Temperaturzone soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Heizzone bzw. ein Bereich mit zumindest im wesentlichen konstanter Temperatur verstanden werden. Der Anstieg der Temperatur in Verfahrensablaufrichtung über mehrere Temperaturzonen bedingt einen relativ konstanten Ausstoß von Schwefeloxiden SOx aus dem zu carbonisierenden Ausgangsmaterial. Insbesondere werden keine Spitzen des Schwefeloxidausstoßes, insbesondere des Schwefeldioxidausstoßes, erhalten, so daß die Einrichtungen zur Auffangung und Behandlung der Abgase kleiner dimensioniert sein können, als dies bei Auftreten von Spitzen im Ausstoß der Schwefeloxide möglich wäre. Darüber hinaus ermöglicht erst die kontinuierliche und konstante Freisetzung von Schwefeloxiden, insbesondere Schwefeldioxid, einen nachfolgend noch im Detail geschilderten Recycling- bzw. Kreisprozeß der Schwefeloxide, welcher sonst nicht durchführbar wäre.
  • Was die Temperatur der Carbonisierungseinrichtung im Betrieb anbelangt, so kann dieser im Rahmen der vorliegenden Erfindung in weiten Bereichen variieren. Im allgemeinen ist die Temperatur der Carbonisierungseinrichtung im Bereich von 20 °C bis 1.200 °C, insbesondere 30 °C bis 1.100 °C, vorzugsweise 50 °C bis 1.000 °C, regelbar. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn eine erste, vorzugsweise am Einlaß oder in Verfahrensablaufrichtung am Beginn der Carbonisierungseinrichtung befindliche Temperaturzone im Betrieb in Bereich von 50 °C bis 500 °C, insbesondere 200 °C bis 450 °C, einstellbar ist. Darüber hinaus kann es vorgesehen sein, daß eine weitere, vorzugsweise am Auslaß oder Ende der Carbonisierungseinrichtung befindliche Temperaturzone im Betrieb im Bereich von 800 °C bis 1.200 °C, insbesondere 850 °C bis 950 °C, einstellbar ist. Anwendungsbezogen oder einzelfallbedingt ist es jedoch nicht ausgeschlossen, von den vorgenannten Werten abzuweichen, ohne daß der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen ist. Dies zu entscheiden, liegt im fachmännischen Können bzw. im Ermessen des auf diesem Gebiet tätigen Fachmanns.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Carbonisierungseinrichtung in mindestens zwei Abschnitte unterteilt: Dabei kann insbesondere ein erster, vorzugsweise stromaufwärts angeordneter Abschnitt durch eine beheizbare Vibrationsrinne gebildet sein und ein zweiter, vorzugsweise stromabwärts zum ersten Abschnitt angeordneter Abschnitt durch ein Drehrohr, vorzugsweise einen Drehrohrofen, insbesondere mit im Betriebszustand in Verfahrensablaufrichtung ansteigendem Temperaturprofil oder Temperaturgradienten, gebildet sein.
  • Unter dem Begriff der Vibrationsrinne soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Rinne oder eine andere Beförderungseinrichtung, wie z. B. ein Förderband, verstanden werden, welche durch systematische Erschütterung bzw. Vibration eine gute Durchmischung und gleichmäßige Erwärmung des zu carbonisierenden Materials gewährleistet.
  • Gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der erste Abschnitt der Carbonisierungseinrichtung mit konstanter Temperatur einstellbar ausgebildet oder mit in Verfahrensablaufrichtung ansteigendem Temperaturprofil oder Temperaturgradienten regelbar ausgebildet sein, während der zweite Abschnitt mit in Verfahrensablaufrichtung ansteigendem Temperaturprofil oder Temperaturgradienten regelbar ausgebildet sein kann. Es hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als vorteilhaft erwiesen, wenn die Temperatur in dem in Verfahrensablaufsrichtung ersten Abschnitt der Carbonisierungseinrichtung kontinuierlich oder stufenweise regelbar ist.
  • Was die Temperatur in dem in Verfahrensablaufsrichtung ersten Abschnitt der Carbonisierungseinrichtung anbelangt, so kann diese in beiden Bereichen variieren. Im allgemeinen ist die Temperatur in dem in Verfahrensablaufrichtung ersten Abschnitt der Carbonisierungseinrichtung im Bereich von 50 °C bis 500 °C, vorzugsweise 200 °C bis 450 °C, regelbar. Dennoch ist es anwendungsbezogen oder einzelfallbedingt nicht ausgeschlossen, von den vorgenannten Werten abzuweichen, ohne daß der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen ist. Dies zu entscheiden, liegt im fachmännischen Können bzw. im Ermessen des auf diesem Gebiet tätigen Fachmanns.
  • Gemäß einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform ist die Temperatur in dem in Verfahrensablaufrichtung zweiten Abschnitt der Carbonisierungseinrichtung in Verfahrensablaufsrichtung ansteigend, insbesondere stufenweise oder stufenlos ansteigend, regelbar. Insbesondere ist die Temperatur in dem in Verfahrensablaufsrichtung zweiten Abschnitt der Carbonisierungseinrichtung in Verfahrensablaufsrichtung in mehreren Temperaturzonen oder mit einem Temperaturgradienten ansteigend regelbar. Was die Temperatur in dem in Verfahrensablaufsrichtung zweiten Abschnitt der Carbonisierungseinrichtung anbelangt, so kann diese in weiten Bereichen variieren. Im allgemeinen ist die Temperatur in dem in Verfahrensablaufrichtung zweiten Abschnitt der Carbonisierungseinrichtung in Verfahrensablaufsrichtung ansteigend in Bereich von 300 °C bis 1.200 °C, vorzugsweise 350 °C bis 950 °C, regelbar. Dennoch ist es anwendungsbezogen oder einzelfallbedingt nicht ausgeschlossen, von den vorgenannten Werten abzuweichen, ohne daß der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen ist. Dies zu entscheiden, liegt im fachmännischen Können bzw. im Ermessen des auf diesem Gebiet tätigen Fachmanns.
  • Gemäß einer wiederum besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Carbonisierungseinrichtung, vorzugsweise am Einlaß oder in Verfahrensablaufsrichtung am Beginn der Carbonisierungseinrichtung, insbesondere am Einlaß oder in Verfahrensablaufrichtung am Beginn des zweiten Abschnitts der Carbonisierungseinrichtung, eine Einsprüh- oder Eindüseinrichtung zum Einsprühen oder Eindüsen von Wasserdampf, insbesondere in Form eines Wasserdampf/Inertgas-Gemisches, auf. Was den Anteil des Wasserdampfes in dem Wasserdampf/Inertgas-Gemisch anbelangt, so kann dieser in weiten Bereichen variieren. Im allgemeinen ist der Anteil des Wasserdampfes in dem Wasserdampf/Inertgas-Gemisch im Bereich von 1 bis 30 Vol.-%, insbesondere 2 bis 20 Vol.-%, vorzugsweise 5 bis 15 Vol.-%, einstellbar. Dennoch ist es anwendungsbezogen oder einzelfallbedingt nicht ausgeschlossen, von den vorgenannten Werten abzuweichen, ohne daß der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen ist. Dies zu entscheiden, liegt im fachmännischen Können bzw. im Ermessen des auf diesem Gebiet tätigen Fachmanns. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, wenn sich die Einsprüh- oder Eindüseeinrichtung zum Einsprühen oder Eindüsen von Wasserdampf, insbesondere in Form eines Wasserdampf/Inertgas-Gemisches im ersten Drittel, vorzugsweise im ersten Viertel, der Carbonisierungseinrichtung befindet.
  • Weiterhin hat es sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Carbonisierungseinrichtung, vorzugsweise am Auslaß oder in Verfahrensablaufrichtung am Ende der Carbonisierungseinrichtung, eine Eindüseeinrichtung zum Eintragen von Sauerstoff, insbesondere in Form eines Sauerstoffgemisches mit mindestens einem weiteren Gas, vorzugsweise in Form von Luft, aufweist. Was den Volumenstrom des eingetragenen Sauerstoffs in die Carbonisierungseinrichtung anbelangt, so kann dieser in beiden Bereichen variieren. Im allgemeinen ist der eingedüste Volumenstrom des Sauerstoffs, insbesondere in Form eines Sauerstoffgemisches mit mindestens einem weiteren Gas, vorzugsweise in Form von Luft, im Bereich von 10 bis 500 1/min, insbesondere 25 bis 250 1/min, vorzugsweise 50 bis 1001/min, einstellbar. Dennoch ist es anwendungsbezogen oder einzelfallbedingt nicht ausgeschlossen, von den vorgenannten Werten abzuweichen, ohne daß der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen ist. Dies zu entscheiden, liegt im fachmännischen Können bzw. im Ermessen des auf diesem Gebiet tätigen Fachmanns. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn sich die Eindüseinrichtung zum Eintragen des Sauerstoffs im letzten Drittel, vorzugsweise im letzten Viertel der Reaktionsstrecke in der Carbonisierungseinrichtung befindet.
  • Durch das Eindüsen bzw. Einsprühen von Wasserdampf und/oder Sauerstoff wird durch Oxidation bzw. Verbrennung der Pyrolysegase zum einen ein Kondensieren von Pyrolysegasen im Basisporensystem der entstehenden Aktivkohle weitgehend verhindert, zum anderen kann die freiwerdende Wärme zur Beheizung der Carbonisierungseinrichtung verwendet und der entsprechende Betrag an Heizenergie eingespart werden. Bei der Zugabe von Sauerstoff bzw. eines Sauerstoffgemisches ist jedoch darauf zu achten, daß dieser bzw. dieses nur mit den Pyrolysegasen und nicht mit dem Carbonisat in Berührung kommt, um einen Abbrand desselben zu verhindern.
  • Im allgemeinen ist an die Carbonisierungseinrichtung eine Abgasbehandlungseinrichtung zur Behandlung der in der Carbonisierungseinrichtung im Betrieb gebildeten Abgase angeschlossen bzw. ist ihr nachgeschaltet.
  • Hierbei kann es insbesondere vorgesehen sein, daß die Abgasbehandlungseinrichtung mindestens eine thermische Nachverbrennung umfaßt.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Abgasbehandlungseinrichtung, insbesondere stromaufwärts zur thermischen Nachverbrennung, mindestens einen Wärmetauscher zum Abkühlen der aus der thermischen Nachverbrennung resultierenden Abgase auf.
  • Die freiwerdende Wärme kann entweder zur Heizung der Carbonisierungseinrichtung und/oder zur Erwärmung der im folgenden beschriebenen Oxidationseinrichtung für Schwefeloxide verwendet werden.
  • Gegebenenfalls ist der thermischen Nachverbrennung und dem Wärmetauscher eine Trocknungseinrichtung zur Trocknung der abgekühlten Abgase nachgeschaltet. Der Trocknungseinrichtung wiederum ist gegebenenfalls eine Aufheizeinrichtung zur Erwärmung der getrockneten Abgase nachgeschaltet. Die Trocknung der abgekühlten Abgase kann entweder auf physikalischem Wege, z. B. durch Adsorption, oder auf chemischem Wege, z. B. durch Reaktion mit konzentrierter Schwefelsäure oder Phosphorpentoxid, erfolgen, wobei eine Trocknung der Abgase auf chemischen Wege im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt ist.
  • Es hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Abgasbehandlungseinrichtung eine Oxidationseinrichtung zur vorzugsweise katalytischen Oxidation der in den in der Carbonisierungseinrichtung im Betrieb gebildeten Abgase enthaltenen Schwefeloxide, insbesondere Schwefeldioxid, zu Schwefeltrioxid umfaßt, vorzugsweise stromabwärts zur thermischen Nachverbrennung und den gegebenenfalls vorgesehenen Wärmetauscher, Trocknungseinrichtung und/oder Aufheizeinrichtung. Dabei kann es vorgesehen sein, daß die Oxidationseinrichtung mindestens einen Oxidationskatalysator, bevorzugt auf Vanadium- und/oder Platinbasis, aufweist. Weiterhin kann es vorgesehen sein, daß die Oxidationseinrichtung eine Rückführeinrichtung für die Rückführung des Schwefeltrioxids in die Sulfonierungseinrichtung aufweist. Gegebenenfalls erfolgt die Rückführung des Schwefeltrioxids in die Sulfonierungseinrichtung über eine zwischengeschaltete Herstelleinrichtung für das Sulfonierungsmittel.
  • Das gebildete Schwefeltrioxid kann folglich entweder unmittelbar und/oder mittelbar in die Sulfonierungseinrichtung zurückgeführt werden. Unter einer unmittelbaren Rückführung ist hierbei eine direkte Rückführung von gasförmigen Schwefeltrioxid in die Sulfonierungseinrichtung zu verstehen. Die mittelbare Rückführung der Schwefeltrioxids in die Sulfonierungseinrichtung beinhaltet hingegen zunächst ein Auswaschen des Schwefeltrioxids aus dem Gasstrom, insbesondere mit Wasser oder konzentrierter Schwefelsäure in einer zwischengeschalteten Einrichtung, und somit eine Rückführung des Schwefeltrioxids in die Sulfonierungseinrichtung in Form von auf diese Weise generierter konzentrierter Schwefelsäure bzw. Oleum.
  • Gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die eine Oxidationseinrichtung eine Abtrenneinrichtung zum Abtrennen des Schwefeltrioxids von den übrigen Bestandeilen der Abgase, insbesondere Kohlenstoffoxiden und/oder Wasserdampf und/oder Stickoxiden, auf.
  • Dabei kann es vorgesehen sein, daß nachgeschaltet zur Abtrenneinrichtung zum Abtrennen des Schwefeltrioxids von den übrigen Bestandteilen der Abgase gegebenenfalls ein Wäscher zur Wäsche der abgetrennten übrigen Bestandeile der Abgase vorgesehen ist.
  • Was die der Carbonisierung nachgeschaltete Aktivierungseinrichtung anbelangt, so kann diese im allgemeinen wie folgt ausgebildet sein:
    • Im allgemeinen ist die Aktivierungseinrichtung diskontinuierlich betreibbar.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet die Aktivierungseinrichtung ein geschlossenes System, insbesondere ist die Aktivierungseinrichtung, insbesondere zu Beginn der Aktivierung und/oder zu Beginn der Aufheizphase, unter inerten Bedingungen betreibbar. Zu den Begriffen des geschlossenen Systems und der inerten Bedingungen kann auf die obigen Ausführungen verwiesen werden.
  • Was die Temperatur der Aktivierungseinrichtung im Betrieb anbelangt, so kann diese in weiten Bereichen variieren. Im allgemeinen ist die Temperatur der Aktivierungseinrichtung im Betrieb im Bereich von 300 °C bis 1.800 °C, insbesondere 400 °C bis 1.500 °C, vorzugsweise 500 °C. bis 1.250 °C, regelbar. Dennoch ist es anwendungsbezogen oder einzelfallbedingt nicht ausgeschlossen, von den vorgenannten Werten abzuweichen, ohne daß der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen ist; dies zu entscheiden, liegt im fachmännischen Können bzw. im Ermessen des auf diesem Gebiet tätigen Fachmanns.
  • Insbesondere ist die Temperatur der Aktivierungseinrichtung im Betrieb stufenlos und/oder kontinuierlich regelbar. Dabei kann es vorgesehen sein, daß die Aktivierungseinrichtung mindestens eine Heizeinrichtung, insbesondere eine elektrisch betriebene Heizung, aufweist.
  • Im allgemeinen weist die Aktivierungseinrichtung mindestens eine Einführeinrichtung zum Eintragen, insbesondere Eindüsen und/oder Einblasen, mindestens eines Aktivierungsgases, insbesondere Wasserdampf und/oder Kohlendioxid und/oder Sauerstoff und/oder Ammoniak, auf. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann es dabei vorgesehen sein, daß die Einführeinrichtung mindestens eine Temperatursteuerungseinrichtung zur Einstellung des in die Aktivierungseinrichtung einzutragenden Aktivierungsgases (z. B. Wasserdampf) aufweist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Einführeinrichtung mindestens eine Einführeinrichtung zum Eintragen, insbesondere Eindüsen, Einsprühen und/oder Einblasen, von Wasserdampf, insbesondere in Form eines Wasserdampf/Inertgas-Gemisches, auf. Was den Anteil des Wasserdampfes in dem Wasserdampf/Inertgas-Gemisch anbelangt, so kann dieser in weiten Bereichen variieren. Im allgemeinen ist der Anteil des Wasserdampfes in dem Wasserdampf/Inertgas-Gemisch im Bereich von 5 bis 70 Vol.-%, insbesondere 10 bis 50 Vol.-%, vorzugsweise 15 bis 40 Vol.-%, einstellbar. Bei Inertgasen im handelt es sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung um Gase oder gasförmige Gemische, welche unter den bei der Aktivierung herrschenden Bedingungen nicht bzw. nur wenig reaktiv sind und/oder deren Reaktionen keinen oder aber zumindest keinen negativen Einfluß auf die bei der Aktivkohleherstellung ablaufenden Prozesse besitzen; bei den im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendeten Inertgase handelt es sich insbesondere um Stickstoff und/oder Edelgase (z. B. Argon), vorzugsweise Stickstoff. Dennoch ist es anwendungsbezogen oder einzelfallbedingt nicht ausgeschlossen, von den vorgenannten Werten abzuweichen, ohne daß der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen ist; dies zu entscheiden liegt im fachmännischen Können bzw. im Ermessen des auf diesem Gebiet tätigen Fachmanns. Dabei kann es vorgesehen sein, daß der Wasserdampf bei Temperaturen ab 500 °C eindüsbar, einsprühbar und/oder einblasbar ist.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Einfiihreinrichtung mindestens eine Einführeinrichtung zum Eintragen, insbesondere Eindüsen, Einsprühen und/oder Einblasen, von Kohlendioxid, insbesondere in Form eines Kohlendioxid/Inertgas-Gemisches, auf. Bezüglich der eingesetzten Inertgase kann auf die obigen Ausführungen verwiesen werden. In diesem Fall kann es vorgesehen sein, daß das Kohlendioxid bei Temperaturen ab 800 °C eindüsbar, einsprühbar und/oder einblasbar ist.
  • Das Abbrandverhalten der Rohaktivkohle und somit ihre spätere Porosität wird maßgeblich durch die Temperatur während die Aktivierung und gegebenenfalls den CO2-Gehalt in der Aktivierungseinrichtung während der Aktivierung beeinflußt.
  • Gemäß einer wiederum besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Einführeinrichtung zum Eintragen der Aktivierungsgase von mindestens einem Bevorratungsbehältnis, welches das mindestens eine Aktivierungsgas enthält, gespeist und/oder ist hieran angeschlossen.
  • Im allgemeinen ist an die Aktivierungseinrichtung eine Abgasbehandlungseinrichtung zur Behandlung der in der Aktivierungseinrichtung im Betrieb gebildeten Abgase angeschlossen und/oder ist ihr nachgeschaltet. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Abgasbehandlungseinrichtung mindestens eine thermische Nachverbrennung umfaßt. Bei den Abgasen aus der Aktivierungseinrichtung handelt es sich je nach eingesetzten Aktivierungsgasen im allgemeinen und zumindest im wesentlichen um Wasserstoff und Kohlenstoffoxide, insbesondere Kohlenstoffmonoxid.
  • Erfindungsgemäß kann es vorgesehen sein, daß die Abgasbehandlungseinrichtung, insbesondere stromaufwärts zur thermischen Nachverbrennung, mindestens einen Wäscher zur Wäsche der aus der thermischen Nachverbrennung stammenden Abgase aufweist.
  • Nach Passieren des gegebenenfalls vorhandenen Wäschers werden die Abgase, welche aufgrund der thermischen Nachverbrennung überwiegend aus Kohlendioxid und Wasserdampf bestehen, emittiert. Allerdings werden allenfalls überschüssige Abgase dem Wäscher zugeführt, d. h. Abgase, welche im Prozeß nicht weiter genutzt werden können. Der überwiegende Teil der Abgase aus der Aktivierung wird - wie nachfolgend noch beschrieben - in den einzelnen Prozeßstufen der Aktivkohleherstellung als Energielieferant genutzt.
  • Gemäß einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die aus der der Aktivierungseinrichtung nachgeschalteten Abgasbehandlungseinrichtung, insbesondere aus der thermischen Nachverbrennung, stammenden Abgase zur insbesondere indirekten Beheizung der Aktivierungseinrichtung und/oder über eine Zuführleitung zur Aufheizung des das mindestens eine Aktivierungsgas enthaltenden Bevorratungsbehältnisses oder des mindestens einen Aktivierungsgases und/oder für die Beheizung der Trocknungseinrichtung, insbesondere zur Erzeugung einer Wirbelschicht, verwendet.
  • Zu diesem Zweck kann die Vorrichtung bzw. die Anlage insbesondere derart konzipiert sein, daß die aus der thermischen Nachverbrennung (TNV) der Abgase aus der Aktivierungseinrichtung kommenden, ca. 1.000 °C heißen Abgase außen an der Aktivierungseinrichtung entlanggeführt werden und diese indirekt beheizen, so daß mindestens ca. 10 % bis 20 % des Energiebedarfs während der Aktivierung auf diese Art gedeckt werden können. Die dann immer noch ca. 800 °C heißen Abgase können anschließend zur Erwärmung der Aktivierungsgase, insbesondere des Wasserdampfes, verwendet werden. Alternativ können die Abgase der thermischen Nachverbrennung auch direkt, d. h. ohne vorheriges Entlangführen an der Aktivierungseinrichtung zur Beheizung der Aktivierungsgase verwendet werden. Erfindungsgemäß besonders bevorzugt ist es, wenn die Abgase, gegebenenfalls nach Passieren des Bevorratungsbehältnisses für die Aktivierungsgase und/oder der Erwärmung der Aktivierungsgase, zur Trocknung der zur Aktivkohleherstellung benötigen Ausgangsmaterialien, insbesondere zur Erzeugung einer Wirbelschicht, verwendet werden, insbesondere nachdem sie durch Verdünnen mit Luft auf ca. 150 °C heruntergekühlt wurden. Das abgekühlte Abgas kann dann über einen Wäscher emittiert werden, wobei - wie oben bereits angeführt - überschüssiges, nicht genutztes Abgas jederzeit über einen Wäscher entfernt und nachfolgend emittiert werden kann.
  • Was die der gegebenenfalls vorhandenen Sulfonierungseinrichtung vorgeschaltete Trocknung anbelangt, so kann diese insbesondere wie folgt ausgestaltet sein:
    • Im allgemeinen ist die Trocknungseinrichtung in einer Wirbelschicht betreibbar. Insbesondere ist die Trocknungseinrichtung, insbesondere deren Wirbelschicht, mittels aus der Abgasbehandlungseinrichtung, insbesondere aus der thermischen Nachverbrennung, stammender Abgase betreibbar und/oder beheizbar, insbesondere mittels aus der Abgasbehandlungseinrichtung für die aus der Aktivierungseinrichtung stammenden Abgase.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann es vorgesehen sein, daß die Trocknungseinrichtung diskontinuierlich betreibbar ist.
  • Was die Temperaturen anbelangt, bei denen die Trocknungseinrichtung betreibbar ist, so können diese in weiten Bereichen variieren. Im allgemeinen ist die Trocknungseinrichtung bei Temperaturen im Bereich von 100 °C bis 400 °C, insbesondere 100 °C bis 200 °C, betreibbar. Dennoch ist es anwendungsbezogen oder einzelfallbedingt nicht ausgeschlossen, von den vorgenannten Werten abzuweichen, ohne daß der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen ist; dies zu entscheiden, liegt im fachmännischen Können bzw. im Ermessen des auf diesem Gebiet tätigen Fachmanns.
  • Was die der gegebenenfalls vorhandenen Trocknungseinrichtung gegebenenfalls nachgeschaltete Sulfonierungseinrichtung anbelangt, so kann diese insbesondere wie folgt ausgebildet sein:
    • Insbesondere kann es im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, daß die gegebenenfalls vorhandene Sulfonierungseinrichtung diskontinuierlich betreibbar ist.
  • Was die Temperaturen anbelangt, bei denen die Sulfonierungseinrichtung betreibbar ist, so können diese in weiten Bereichen variieren. Im allgemeinen ist die Sulfonierungseinrichtung bei Temperaturen im Bereich von 25 °C bis 400 °C, insbesondere 50 °C bis 300 °C, betreibbar. Dennoch ist es anwendungsbezogen oder einzelfallbedingt nicht ausgeschlossen, von den vorgenannten Werten abzuweichen, ohne daß der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen ist; dies zu entscheiden, liegt im fachmännischen Können bzw. im Ermessen des auf diesem Gebiet tätigen Fachmanns.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn zwischen Carbonisierungseinrichtung und Aktivierungseinrichtung außerdem eine Klassiereinrichtung zum Klassieren des aus der Carbonisierungseinrichtung stammenden Carbonisats vorgesehen ist. Dies erlaubt eine Einteilung der resultierenden Aktivkohle anhand der Teilchengröße und somit nach Anwendungseigenschaften. Durch nachträgliches, planvolles Mischen der einzelnen Klassen kann die resultierende Aktivkohle speziell an die benötigen Anforderungen angepaßt werden. Auf diese Weise kommt nur solches Carbonisat in die Aktivierung, welches im Hinblick auf seine Teilchengröße gewünscht ist.
  • Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung - ist ein Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle, insbesondere durch Carbonisierung und nachfolgende Aktivierung polymerer organischer, vorzugsweise sulfonierter Ausgangsmaterialien, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfaßt:
    1. (a) Bereitstellung polymerer organischer Ausgangsmaterialien; dann
    2. (b) gegebenenfalls Trocknung der Ausgangsmaterialien (d. h. im Falle ungetrockneter bzw. feuchter Ausgangsmaterialien); nachfolgend
    3. (c) gegebenenfalls Sulfonierung und/oder Peptisation der gegebenenfalls zuvor getrockneten Ausgangsmaterialien (d. h. im Falle unsulfonierter Ausgangsmaterialien); anschließend
    4. (d) Carbonisierung der gegebenenfalls zuvor getrockneten und/oder sulfonierten und/oder peptisierten Ausgangsmaterialien; dann
    5. (e) Aktivierung der zuvor carbonisierten Ausgangsmaterialien;
    wobei die aus der Carbonisierung (d) und/oder aus der Aktivierung (e) stammenden Abgase einer Abgasbehandlung unterworfen werden.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat es sich insbesondere als vorteilhaft erwiesen, wenn als polymeres organisches Ausgangsmaterial insbesondere Ionenaustauscherharze und deren Vorstufen, z. B. sulfonierte Ionenaustauscherharze sowie deren unsulfonierte Vorstufen und/oder divinylbenzolvernetzte Polystyrole, wie z. B. Styrol/Divinylbenzol-Copolymere, in sulfonierter oder unsulfonierter Form, bevorzugt mit einem Divinylbenzolgehalt von z. B. 1 bis 10 Gew.-% Divinylbenzol, bezogen auf das Copolymer, verwendet werden.
  • Die Abgasbehandlung umfaßt im allgemeinen mindestens eine thermische Nachverbrennung.
  • Es hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als vorteilhaft erwiesen, wenn sowohl die aus der Carbonisierung als auch aus der Aktivierung stammenden Abgase jeweils einer Abgasbehandlung unterworfen werden.
  • Die aus der Carbonisierung bzw. Aktivierung stammenden Abgase werden bevorzugt jeweils einer eigenständigen Abgasbehandlung unterworfen, da sie unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen und folglich unterschiedliche Anforderungen an ihre Aufbereitung gestellt werden; so müssen z. B. die Abgase aus der Carbonisierung von Schwefeloxiden befreit werden.
  • Im allgemeinen wird die Carbonisierung in mindestens einem Drehrohr, insbesondere in mindestens einem Drehrohrofen, durchgeführt. Weiterhin hat es sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als vorteilhaft erwiesen, wenn die Carbonisierung in einem geschlossenen System durchgeführt wird und/oder die Carbonisierung unter inerten Bedingungen durchgeführt wird. Erfindungsgemäß kann die Carbonisierung kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich betrieben werden und/oder kann die Temperatur während der Carbonisierung kontinuierlich oder stufenweise geregelt bzw. gesteuert werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Temperatur während der Carbonisierung derart geregelt und/oder gesteuert, daß die Carbonisierung in mehreren, insbesondere in mindestens zwei, vorzugsweise in vier bis acht Temperaturzonen mit jeweils voneinander verschiedenen Temperaturen, vorzugsweise mit stromaufwärts jeweils ansteigender Temperatur der einzelnen Temperaturstufen, durchgeführt wird. Alternativ kann es im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, daß die Carbonisierung in einem Temperaturgradienten, vorzugsweise mit stromaufwärts ansteigendem Temperaturprofil, durchgeführt wird.
  • Was die Temperatur während der Carbonisierung anbelangt, so kann diese in weiten Bereichen variieren. Im allgemeinen wird die Temperatur während er Carbonisierung im Bereich von 20 °C bis 1.200 °C, insbesondere 30 °C bis 1.100 °C, vorzugsweise 50 °C bis 1.000 °C, geregelt bzw. gesteuert. Dennoch ist es anwendungsbezogen oder einzelfallbedingt nicht ausgeschlossen, von den vorgenannten Werten abzuweichen, ohne daß der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen ist; dies zu entscheiden, liegt im fachmännischen Können bzw. im Ermessen des auf diesem Gebiet tätigen Fachmanns. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann es dabei vorgesehen sein, daß eine erste, vorzugsweise am Einlaß oder in Verfahrensablaufrichtung am Beginn der Carbonisierung(seinrichtung) befindliche Temperaturzone im Bereich von 50 °C bis 500 °C, insbesondere 200 °C bis 450 °C, eingestellt wird. Des weiteren kann es vorgesehen sein, daß eine weitere, vorzugsweise am Auslaß oder Ende der Carbonisierung(seinrichtung) befindliche Temperaturzone im Bereich von 800 °C bis 1.200 °C, insbesondere 850 °C bis 950 °C, eingestellt wird. Auch in diesen Fällen markieren die genannten Werte nur die üblichen, bislang bevorzugten Bereiche. Einzelfallbedingt oder anwendungsbezogen ist es jedoch ohne weiteres möglich, von den vorgenannten Werten abzuweichen, ohne daß der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen ist. Dies zu entscheiden, liegt im fachmännischen Können bzw. im Ermessen des auf diesem Gebiet tätigen Fachmanns.
  • Die Carbonisierung ist im allgemeinen in mindestens zwei Teilschritte unterteilt. Hierbei kann es vorgesehen sein, daß ein erster, vorzugsweise stromaufwärts durchgeführter Teilschritt in einer beheizten Vibrationsrinne durchgeführt wird und ein zweiter, vorzugsweise stromabwärts zum ersten Abschnitt durchgeführter Teilschritt in einem Drehrohr, vorzugsweise in einem Drehrohrofen, insbesondere mit in Verfahrensablaufrichtung ansteigendem Temperaturprofil oder Temperaturgradienten, durchgeführt wird.
  • Erfindungsgemäß kann der erste Teilschritt mit konstanter Temperatur oder mit in Verfahrensablaufrichtung ansteigendem Temperaturprofil oder Temperaturgradienten durchgeführt werden und/oder kann der zweite Teilschritt mit in Verfahrensablaufrichtung ansteigendem Temperaturprofil oder Temperaturgradienten durchgeführt werden. Weiterhin kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Temperatur in dem in Verfahrensablaufsrichtung ersten Teilschritt der Carbonisierung kontinuierlich oder stufenweise geregelt werden. Was die Temperaturen in dem in Verfahrensablaufrichtung ersten Teilschritt der Carbonisierung anbelangt, so können diese in weiten Bereichen variieren. Im allgemeinen wird die Temperatur in dem in Verfahrenablaufrichtung ersten Teilschritt der Carbonisierung kontinuierlich oder stufenweise im Bereich von 50 °C bis 500°C, vorzugsweise 200 °C bis 450 °C, geregelt. Dennoch ist es anwendungsbezogen oder einzelfallbedingt nicht ausgeschlossen, von den vorgenannten Werten abzuweichen, ohne daß der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen ist. Dies zu entscheiden, liegt im fachmännischen Können bzw. im Ermessen des auf diesem Gebiet tätigen Fachmanns.
  • Weiterhin kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Temperatur in dem in Verfahrensablaufsrichtung zweiten Teilschritt der Carbonisierung in Verfahrensablaufrichtung ansteigend, insbesondere stufenweise oder stufenlos ansteigend, insbesondere in mehreren Temperaturzonen oder mit einem Temperaturgradienten ansteigend, geregelt werden. Was die Temperatur in dem in Verfahrensablaufrichtung zweiten Teilschritt der Carbonisierung anbelangt, so kann diese in weiten Bereichen variieren. Im allgemeinen wird die Temperatur in Verfahrensablaufsrichtung zweiten Teilschritt der Carbonisierung in Verfahrensablaufsrichtung ansteigend im Bereich von 300 °C bis 1.200 °C, vorzugsweise 350 °C bis 950 °C, geregelt. Dennoch ist es anwendungsbezogen oder einzelfallbedingt nicht ausgeschlossen, von den vorgenannten Werten abzuweichen, ohne daß der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen ist; dies zu entscheiden, liegt im fachmännischen Können bzw. im Ermessen des auf diesen Gebiet tätigen Fachmanns.
  • Gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird während der Carbonisierung, vorzugsweise am Einlaß oder in Verfahrensablaufrichtung am Beginn der Carbonisierung(seinrichtung), insbesondere am Einlaß oder in Verfahrensablaufrichtung am Begin des zweiten Abschnitts der Carbonisierungseinrichtung, Wasserdampf, insbesondere in Form eines Wasserdampf/Inertgas-Gemisches, eingesprüht oder eingedüst. Was dem Anteil des Wasserdampfes in dem Wasserdampf/Inertgas-Gemisch anbelangt, so kann dieser in weiten Bereichen variieren. Im allgemeinen wird der Anteil des Wasserdampfes in dem Wasserdampf/Inertgas-Gemisch im Bereich von 1 bis 30 Vol.-%, insbesondere 2 bis 20 Vol.-%, vorzugsweise 5 bis 15 Vol.-%, eingestellt. Dennoch ist es anwendungsbezogen oder einzelfallbedingt nicht ausgeschlossen, von den vorgenannten Werte abzuweichen, ohne daß der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen ist; dies zu entscheiden, liegt im fachmännischen Können bzw. im Ermessen des auf diesem Gebiet tätigen Fachmanns.
  • Des weiteren hat es sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als vorteilhaft erwiesen, wenn während der Carbonisierung, vorzugsweise am Auslaß oder in Verfahrensablaufrichtung am Ende der Carbonisierung(seinrichtung), Sauerstoff, insbesondere in Form eines Sauerstoffgemisches mit mindestens einem weiteren Gas, vorzugsweise in Form von Luft, eingetragen oder eingedüst wird. Was den eingetragenen oder eingedüsten Volumenstrom an Sauerstoff bzw. eines Sauerstoffgemisches anbelangt, so kann dieser in weiten Bereichen variieren. Im allgemeinen ist der eingetragene oder eingedüste Volumenstrom an Sauerstoff, insbesondere in Form eines Sauerstoffgemisches mit mindestens einem weiteren Gas, vorzugsweise in Form von Luft, im Bereich von 10 bis 500 1/min, insbesondere 25 bis 250 1/min, vorzugsweise 50 bis 100 1/min, eingestellt. Dennoch ist es anwendungsbezogen oder einzelfallbedingt nicht ausgeschlossen, von den vorgenannten Werten abzuweichen, ohne daß der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen ist; dies zu entscheiden, liegt im fachmännischen Können bzw. im Ermessen des auf diesem Gebiet tätigen Fachmanns.
  • Im allgemeinen wird im Anschluß an die Carbonisierung eine Behandlung der bei der Carbonisierung gebildeten Abgase durchgeführt. Hierbei kann es vorgesehen sein, daß die Abgasbehandlung mindestens eine thermische Nachverbrennung umfaßt. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden im Anschluß an die Abgasbehandlung, insbesondere stromaufwärts zur thermischen Nachverbrennung, die aus der thermischen Nachverbrennung resultierenden Abgase, insbesondere mittels eines Wärmetauschers, abgekühlt. Gegebenenfalls folgt auf die Abkühlung der Abgase eine Trocknung der abgekühlten Abgase. Wiederum gegebenenfalls kann auf die Trocknung der Abgase eine Erwärmung der getrockneten Abgase folgen.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt die Abgasbehandlung eine Oxidation, vorzugsweise eine katalytische Oxidation, der in den bei der Carbonisierung gebildeten Abgase enthaltenen Schwefeloxide, insbesondere Schwefeldioxid, zu Schwefeltrioxid, vorzugsweise stromabwärts zur thermischen Nachverbrennung und der gegebenenfalls durchgeführten Abkühlung, Trocknung und/oder Erwärmung. Dabei kann es vorgesehen sein, daß die Oxidation mittels und/oder in Gegenwart mindestens eines Oxidationskatalysators, bevorzugt auf Vanadium- und/oder Platinbasis, durchgeführt wird. Weiterhin kann es vorgesehen sein, daß das bei der Oxidation generierte Schwefeltrioxid in die Sulfonierung und/oder Peptisation zurückgeführt wird. Gegebenenfalls wird das bei der Oxidation generierte Schwefeltrioxid in die Sulfonierung und/oder Peptisation nach einem zwischengeschalteten Verfahrensschritt der Herstellung des Sulfonierungsmittels zurückgeführt.
  • Weiterhin hat es sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das bei der Oxidation generierte Schwefeltrioxid von den übrigen Bestandeilen der Abgase, insbesondere Kohlenstoffoxiden und/oder Wasserdampf und/oder Stickoxiden, abgetrennt wird. Hierbei kann es vorgesehen sein, daß nachgeschaltet zur Abtrennung gegebenenfalls eine Wäsche der abgetrennten übrigen Bestandeile der Abgase durchgeführt wird.
  • Der Carbonisierung schließt sich dann, gegebenenfalls nach einem zwischengeschalteten Klassierschritt des Carbonisats, eine Aktivierung des zuvor hergestellten Carbonisats an. Im allgemeinen wird die Aktivierung diskontinuierlich durchgeführt.
  • Darüber hinaus hat es sich erfindungsgemäß als vorteilhaft erwiesen, wenn die Aktivierung in einem geschlossenen System durchgeführt wird und/oder wenn die Aktivierung, insbesondere zu Beginn der Aktivierung und/oder zu Beginn der Aufheizphase, unter inerten Bedingungen durchgeführt wird.
  • Was die Temperatur während der Aktivierung anbelangt, so kann diese in weiten Bereichen variieren. Im allgemeinen wird die Temperatur während der Aktivierung im Bereich von 300 °C bis 1.800 °C, insbesondere 400 °C bis 1.500 °C, vorzugsweise 500 °C bis 1.250 °C, eingestellt. Dennoch ist es anwendungsbezogen oder einzelfallbedingt nicht ausgeschlossen, von den vorgenannten Werten abzuweichen, ohne daß der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen ist; dies zu entscheiden, liegt im fachmännischen Können bzw. im Ermessen des auf diesem Gebiet tätigen Fachmanns.
  • Dabei kann es vorgesehen sein, daß die Temperatur während der Aktivierung stufenlos und/oder kontinuierlich, vorzugsweise mittels einer Heizeinrichtung, insbesondere einer elektrisch betriebenen Heizung, eingestellt wird.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird während der Aktivierung mindestens ein Aktivierungsgas, insbesondere Wasserdampf und/oder Kohlendioxid und/oder Sauerstoff und/oder Ammoniak, eingetragen, insbesondere eingedüst und/oder eingeblasen.
  • Dabei kann es im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, daß das in die Aktivierung eingetragene Aktivierungsgas auf eine definierte Temperatur aufgeheizt wird.
  • Bei Verwendung mehrerer, verschiedener Aktivierungsgase können diese gleichzeitig oder zeitlich versetzt in die Aktivierung eingetragen werden, wobei ein zeitlich versetztes Eintragen im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt ist. Auch können die Aktivierungsgase bei gleichen oder unterschiedlichen Temperaturen eingetragen werden.
  • Erfindungsgemäß kann während der Aktivierung als Aktivierungsgas wenigstens Wasserdampf, insbesondere in Form eines Wasserdampf/Inertgas-Gemisches, eingetragen, insbesondere eingedüst, eingesprüht und/oder eingeblasen, werden.
  • Was den Anteil des Wasserdampfes in dem Wasserdampf/Inertgas-Gemisch anbelangt, so kann dieser in weiten Bereichen variieren. Im allgemeinen wird der Anteil des Wasserdampfes in den Wasserdampf/Inertgas-Gemisch im Bereich von 5 bis 70 Vol.-%, insbesondere 10 bis 50 Vol.-%, vorzugsweise 15 bis 40 Vol.-%, eingestellt. Dennoch ist es anwendungsbezogen oder einzelfallbedingt nicht ausgeschlossen, von den vorgenannten Werten abzuweichen, ohne daß der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen ist; dies zu entscheiden, liegt im fachmännischen Können bzw. im Ermessen des auf diesem Gebiet tätigen Fachmanns. Dabei kann es vorgesehen sein, daß der Wasserdampf während der Aktivierung bei Temperaturen ab 500 °C eingedüst, eingesprüht und/oder eingeblasen wird.
  • Des weiteren hat es sich ebenfalls im Rahmen der vorliegenden Erfindung als vorteilhaft erwiesen, wenn während der Aktivierung als Aktivierungsgas, insbesondere zusätzlich zu Wasserdampf als Aktivierungsgas, Kohlendioxid, insbesondere in Form eines Kohlendioxid/Inertgas-Gemisches, eingetragen, insbesondere eingedüst, eingesprüht und/oder eingeblasen, wird. Dabei kann es vorgesehen sein, daß das Kohlendioxid bei Temperaturen ab 800 °C, eingedüst, eingesprüht und/oder eingeblasen wird.
  • Wie bei den Ausführungen zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung bereits geschildert, beeinflussen die Temperaturen und der Kohlenstoffdioxidgehalt während der Aktivierung das Abbrandverhalten des zu aktivierenden Materials und somit die Materialeigenschaften der resultierenden Aktivkohle.
  • Gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das mindestens eine Aktivierungsgas über eine Einführeinrichtung aus einem Bevorratungsbehältnis in die Aktivierung eingespeist.
  • Im allgemeinen wird im Anschluß an die Aktivierung eine Behandlung der bei der Aktivierung gebildeten Abgase durchgeführt. Dabei kann es vorgesehen sein, daß die Abgasbehandlung mindestens eine thermische Nachverbrennung umfaßt.
  • Erfindungsgemäß kann im Anschluß an die thermische Nachverbrennung eine Wäsche der aus der thermischen Nachverbrennung stammenden Abgase durchgeführt werden. Nach Durchgang durch den Wäscher werden die Abgase, welche aufgrund der thermischen Nachverbrennung überwiegend aus Kohlendioxid und Wasserdampf bestehen, emittiert. Es werden jedoch nur überschüssige Abgase direkt der Wäsche zugeführt, während er überwiegende Teil als Energielieferant in den verschiedenen Prozessen der Aktivkohleherstellung genutzt wird.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die aus der Abgasbehandlung (d. h. Abgasbehandlung der aus der Aktivierung stammenden Abgase), insbesondere aus der thermischen Nachverbrennung, stammenden Abgase zur insbesondere indirekten Beheizung für die Aktivierung(seinrichtung) und/oder zur Aufheizung des mindestens einen Aktivierungsgases und/oder für die Trocknung, insbesondere zur Erzeugung einer Wirbelschicht, verwendet. Für weitergehende Einzelheiten zur Verwendung der aus der Aktivierung stammenden Abgase, insbesondere nach Passieren der thermischen Nachverbrennung, kann auf die obigen Erläuterungen zur erfindungsgemäßen Vorrichtung verwiesen werden.
  • Wie zuvor ausgeführt, wird im Fall ungetrockneter bzw. feuchter Ausgangsmaterialien vor der eigentlichen Aktivkohleherstellung ein Trocknungsschritt (a) vorgeschaltet. Erfindungsgemäß kann die Trocknung in einer Wirbelschicht durchgeführt werden, bevorzugt kann die Trocknung, insbesondere deren Wirbelschicht, mittels aus der Abgasbehandlung (d. h. der Abgasbehandlung der aus der Aktivierung stammenden Abgase), insbesondere aus der thermischen Nachverbrennung, stammender Abgase betrieben werden. Insbesondere kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Trocknung diskontinuierlich betrieben werden. Was die Temperaturen bei der Trocknung anbelangt, so kann diese in weiten Bereichen variieren. Im allgemeinen wird die Trocknung bei Temperaturen im Bereich von 100 °C bis 400 °C, insbesondere 100 °C bis 200 °C, betrieben. Dennoch ist es anwendungsbezogen oder einzelfallbedingt nicht ausgeschlossen, von den vorgenannten Werten abzuweichen, ohne daß der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen ist; dies zu entscheiden, liegt im fachmännischen Können bzw. im Ermessen des auf diesem Gebiet tätigen Fachmanns.
  • Wie zuvor ausgeführt, ist bei unsulfonierten Ausgangsmaterialien vor der Carbonisierung ein Verfahrensschritt der Sulfonierung und/oder Peptisation vorgeschaltet. Im Rahmen dieses Verfahrensschritts erfolgt die eigentliche Sulfonierung (d. h. das Einbringen von Sulfonsäuregruppen) sowie gegebenenfalls die Peptisation (d. h. das Herauslösen von im Ausgangsmaterial verbliebener monomerer, dimerer und oligomerer Einheiten und das Abscheiden derselben auf der äußeren Oberfläche der Teilchen des Ausgangsmaterials). Insbesondere kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Sulfonierung und/oder Peptisation diskontinuierlich betrieben werden.
  • Was die Temperatur der Sulfonierung bzw. Peptisation anbelangt, so kann diese in weiten Bereichen variieren. Im allgemeinen wird die Sulfonierung bzw. Peptisation bei Temperaturen im Bereich von 25 °C bis 400 °C, insbesondere 50 °C bis 300 °C, betrieben. Dennoch ist es anwendungsbezogen oder einzelfallbedingt nicht ausgeschlossen, von den vorgenannten Werten abzuweichen, ohne daß der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen ist; dies zu entscheiden, liegt im fachmännischen Können bzw. im Ermessen des auf diesem Gebiet tätigen Fachmanns.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann zwischen Carbonisierungsschritt und Aktivierungsschritt außerdem ein Verfahrensschritt des Klassierens des aus der Carbonisierung stammenden Carbonisats durchgeführt werden.
  • Für weitergehende Einzelheiten zu dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auf die obigen Ausführungen zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. Anlage verwiesen werden, welche in bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren entsprechend gelten.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung (Anlage) sowie das erfindungsgemäße Verfahren besitzen eine Reihe von Vorteilen, welche sie gegenüber dem Stand der Technik auszeichnen:
    • Durch die Oxidation der schwefelhaltigen Verbindungen zu Schwefeltrioxid und dessen Rückführung in die Sulfonierung wird der Ausstoß an schwefelhaltigen Abgasen, welche andernfalls aufwendig und kostenintensiv gereinigt werden müßten, weitestgehend vermieden.
  • Ein Großteil des eingesetzten Sulfonierungsmittels kann zurückgewonnen werden, so daß nur ein kleiner Teil des Sulfonierungsmittels tatsächlich verbraucht wird und ersetzt werden muß.
  • Durch die Rückgewinnung des Sulfonierungsmittels wird darüber hinaus die Gesamtmenge aller entstehenden Abgase, insbesondere der korrosiven sauren Abgase, drastisch reduziert.
  • Durch die thermische Nachverbrennung der bei der Carbonisierung bzw. Aktivierung gebildeten Abgase bestehen die Abgase nach Entfernung der schwefelhaltigen Verbindungen fast ausschließlich aus den unbedenklichen Verbrennungsrückständen Kohlendioxid und Wasserdampf.
  • Die Nachverbrennung erzeugt Wärme, durch die der Energiebedarf der Aktivkohleherstellung deutlich gesenkt werden kann; so kann z. B. der Energiebedarf des Verfahrensschrittes der Aktivierung durch die thermische Nachverbrennung der entstehenden Abgase um mindestens 10 % bis 20 % gesenkt werden.
  • Aus der thermischen Nachverbrennung stammende, heiße Abgase können darüber hinaus auch zur Beheizung der Aktivierungsgase oder zur Trocknung der für die Aktivkohleherstellung eingesetzten Ausgangsmaterialien verwendet werden.
  • Die Klassierung der Rohaktivkohle vor der Aktivierung ermöglicht ein Trennen oder aber auch ein gezieltes Mischen der einzelnen Klassen, so daß die resultierende Aktivkohle optimal an den beabsichtigten Verwendungszweck angepaßt werden kann.
  • Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der SO2-Ausstoß während der Carbonisierung derart konstant gehalten werden, daß die Durchführung eines Verfahrens zur Schwefeltrioxidherstellung und somit eine Zurückgewinnung des Sulfonierungsmittels ermöglicht wird.
  • Die einzige Figur zeigt in schematischer und beispielhafter Darstellung eine typische, bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs:
    • Wie die Figur zeigt, wird für den Fall, daß von nichtgetrocknetem bzw. feuchtem Ausgangsmaterial ausgegangen wird, in 2 zunächst gegebenenfalls eine Trocknung, vorzugsweise in einer Wirbelschicht, durchgeführt, woran sich im Fall unsulfonierter Ausgangsmaterialien dann bei 3 gegebenenfalls eine Sulfonierung und/oder Peptisation anschließt. Das getrocknete und sulfonierte bzw. peptisierte Ausgangsmaterial, z. B. auf Basis sulfonierter Styrol/Divinylbenzol-Polymere, z. B. in Form von sogenannten sulfonierten Ionenaustauscherharzen vom Geltyp oder vom makroporösen Typ, wird dann nachfolgend bei 4 der Carbonisierung unterworfen, woraufhin das aus dieser Stufe resultierende Carbonisat der Aktivierung bei 5 unterzogen wird, so daß das gewünschte Endprodukt (d. h. Aktivkohle) resultiert. Wie die Figur weiter zeigt, werden die aus der Carbonisierung 4 stammenden, insbesondere sauren Abgase zunächst bei 4A einer thermischen Nachverbrennung (TNV) unterworfen und nachfolgend - gegebenenfalls nach Kühlung, Trocknung und erneutem Aufheizen dieser Gase - bei 4B einer katalytischen Oxidation, insbesondere in Gegenwart von Vanadiumpentoxid als Oxidationskatalysator, unterworfen, so daß im Abgas vorhandenes Schwefeldioxid SO2 zu Schwefeltrioxid SO3 umgesetzt wird, welches über 4C wieder der Sulfonierung 3 zurückgeführt werden kann, insbesondere in Form von konzentrierter Schwefelsäure bzw. Oleum. Die übrigen Abgase aus der katalytischen Oxidation 4B dagegen werden, gegebenenfalls nach einer weiteren nachgeschalteten Wäsche 4D, dann emittiert, wobei es sich hierbei im wesentlichen um Kohlendioxid CO2, Wasserdampf H2O und in nur noch sehr untergeordneten Mengen um Stickoxide NOx und Schwefeloxide SOx handelt.
  • Die aus der Aktivierung 5 stammenden Abgase, insbesondere Wasserstoff H2 und Kohlenmonoxid CO, werden gleichermaßen einer thermischen Nachverbrennung (TNV) 5C unterzogen, wobei die aus der thermischen Nachverbrennung stammenden, noch heißen Abgase einerseits genutzt werden können, um die Aktivierungseinrichtung 5 mitzubeheizen, und andererseits, um die Aktivierungsgase bzw. das betreffende Behältnis für die Aktivierungsgase, insbesondere Wasserdampf, bei 5B aufzuheizen, wobei die erhitzten Aktivierungsgase, insbesondere Wasserdampf, dann über 5A der Aktivierung zugeführt werden, und schließlich auch, um die erforderliche Wärme und die Wirbelschicht für die Trocknungsstufe 2 zu liefern. Die gegebenenfalls nicht genutzten Abgase aus der thermischen Nachverbrennung (TNV) 5C können dann, gegebenenfalls nach einem Wäscher 5D, als Abgase, insbesondere hauptsächlich bestehend aus Kohlendioxid CO2 und Wasserdampf H2O etc., emittiert werden.
  • Gemäß einer typischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren wie folgt ausgestaltet sein:
  • Das Ausgangsmaterial, beispielsweise Styrol/Divinylbenzol-Copolymere, insbesondere Ionenaustauscher vom Geltyp oder vom makroporösen Typ, werden - sofern sie in nichtgetrockneter bzw. feuchter Form vorliegen - in einer ersten Stufe einer Trocknung unterworfen, wobei die Trocknung des Ausgangsmaterials vorzugsweise in einer Wirbelschicht, bevorzugt unter Abwärmenutzung aus der Aktivierung, erfolgt. Üblicherweise erfolgt die Trocknung diskontinuierlich bzw. chargenweise (batchweise) (z. B. 1 m3 Ausgangsmaterial pro Charge).
  • Im Falle unsulfonierter Ausgangsmaterialien werden diese in einer zweiten, der Trocknung nachgeschalteten Stufe einer Sulfonierung und/oder Peptisation unterworden. Zu diesem Zweck werden die Ausgangspolymere bzw. Ionentauscher mit einem geeigneten Sulfonierungsmittel, insbesondere konzentrierter Schwefelsäure bzw. Oleum (z. B. Oleum 15 %) in Kontakt gebracht, insbesondere bei Temperaturen von 100 °C bis 400 °C, bevorzugt 150 bis 250 °C. Je nach gewünschtem Porensystem können unterschiedliche Mengenverhältnisse an Sulfonierungsmittel eingesetzt werden und beispielsweise nach einer vom Fachmann auswählbaren Temperaturkennlinie abreagiert werden, bis das Ausgangsmaterial sulfoniert ist und in rieselfähiger Form vorliegt. Im Rahmen dieser Stufe wird nicht nur eine Sulfonierung, sondern im allgemeinen auch eine sogenannte Peptisation erreicht, d. h. Monomer-, Dimer- und Oligomerreste werden aus den Ausgangsmaterialien herausgelöst und anschließend auf der Oberfläche der Partikel wieder angelagert, wobei diese Wiederanlagerungen im Zuge der nachfolgenden Carbonisierung eine sehr harte und folglich abriebfeste Pseudographitschicht auf der Oberfläche der Partikel bilden.
  • In einer nachgeschalteten, dritten Verfahrensstufe erfolgt dann die Carbonisierung bzw. Pyrolyse des trockenen und sulfonierten Ausgangsmaterials, wobei die Carbonisierung bevorzugt kontinuierlich bzw. quasi-kontinuierlich, insbesondere in einem geschlossenen System, betrieben wird. Üblicherweise erfolgt die Carbonisierung unter inerten Reaktionsbedingungen. Hierbei kann das Material typischerweise auf eine beheizbare Vibrationsrinne aufgegeben werden, üblicherweise unter Inertgasatmosphäre, wobei hierdurch das Material, beispielsweise innerhalb von 60 Minuten, z. B. auf 350 °C erhitzt werden kann. Diese Vibrationsrinne übergibt dann in einen ebenfalls kontinuierlich bzw. quasi-kontinuierlich betriebenen Drehrohrofen mit einer Temperatur an der Einlaufseite typischerweise von 400 °C. Im Laufe des Transports im Drehrohr wird dann das Material über typischerweise sechs bis acht Heizzonen auf z. B. 900 °C aufgeheizt. Bevorzugt ist die gleichzeitige Zugabe von Wasserdampf, vorzugsweise eines entsprechenden Stickstoff/Wasserdampf Gemisches (z. B. 10 bis 30 Vol.-% Wasserdampf), von der Ofeneinlaufseite und die Zugabe von Luft bzw. Sauerstoff (z. B. 50 bis 100 1/min) von der Ofenauslaufseite, um die Verbrennung entstehender Pyrolysegase im Reaktionsrohr zu ermöglichen. Damit können mehrere positive Effekte erreicht werden: Zum einen wird ein Kondensieren von Pyrolysegasen im Basisporensystem des Ausgangsmaterials weitgehend verhindert, und zum anderen kann durch die Verbrennung im Reaktionsrohr der Wärmeinhalt genutzt werden, und der Eintrag an elektrischer Leistung in die Ofenbeheizung kann minimiert werden. Nach Abschluß der Carbonisierung bzw. Pyrolyse ist das Material typischerweise zugänglich und hat eine innere Oberfläche (BET) von beispielsweise 400 bis 800 m2/g. Entsprechend den Ausgangsmaterialien ist es bevorzugt, wenn die Partikelform kugelförmig ist.
  • In einer nachgeschalteten, vierten Stufe erfolgt dann die Aktivierung des zuvor hergestellten Carbonisats. Bei der Aktivierung wird das Material, bevorzugt nach vorheriger Klassierung, in enge Kornfraktionen in einen Drehrohrofen mit Einbauten gefüllt und unter Inertatmosphäre beispielsweise auf ca. 960 °C aufgeheizt, wobei beispielsweise ab ca. 600 °C der Atmosphäre Wasserdampf (z. B. 20 bis 30 Vol.-%), bevorzugt in Form eines Stickstoff/Wasserdampf-Gemisches, zugesetzt werden kann. Je nach gewünschtem Aktivierungsgrad und je nach gewünschtem Porensystem kann der Atmosphäre beispielsweise ab ca. 900 °C Kohlendioxid CO2 zugesetzt werden und/oder die Temperatur variiert werden, beispielsweise um das Abbrandverhalten zu beeinflussen. Die bei der Aktivierung entstehenden Gase, insbesondere Wasserstoff H2 und Kohlenmonoxid CO, können vorteilhafterweise zur indirekten Beheizung des Aktivierungsrohres genutzt werden. Damit können ca. 20 % des Gesamtenergiebedarfs der Anlage aus dem Prozeß ausgekoppelt werden.
  • Was die Abgasbehandlung anbelangt, so können die aus der Carbonisierung bzw. Pyrolyse stammenden Abgase zunächst einer thermischen Nachverbrennung (TNV), insbesondere über Luftüberschuß, nachverbrannt werden, um alle organischen Bestandteile zu oxidieren; anschließend wird das SO2-reiche Abgas vorteilhafterweise in einen Wärmetauscher geleitet und gekühlt, um es in einer Gastrocknung mittels Schwefelsäure entfeuchten zu können, und nach anschließendem Aufheizen, beispielsweise auf Temperaturen von ca. 480 °C, kann das Gas über mehrere Stufen eines Oxidationskatalysators (z. B. vanadiumbasierter Oxidationskatalysator, z. B. Vanadiumpentoxid) geführt werden, bis das Schwefeldioxid SO2 zu Schwefeltrioxid SO3 oxidiert ist. Nachdem sämtliches SO2 zu SO3 oxidiert ist, wird das SO3-haltige Abgas typischerweise wiederum gekühlt und das SO3 mittels konzentrierter Schwefelsäure ausgewaschen, so daß es in die Sulfonierung zurückgeführt werden kann. Somit ist ein vollständiger Kreislauf an Sulfonierungsmitteln realisiert und keine aufwendige Entsorgung erforderlich. Damit das Konzept ökonomisch und ökologisch realisierbar ist, ist es von Vorteil, wenn die anfallenden Abgasmengen relativ konstant sind, was dadurch realisiert werden kann, daß die SO2-relevanten Verfahrensschritte, insbesondere die Carbonisierung bzw. Pyrolyse, kontinuierlich bzw. quasi-kontinuierlich ausgestaltet wird und der SO2-Ausstoß in etwa konstant, d. h. ohne Spitzen des SO2-Ausstoßes, gehalten wird.
  • Was dagegen die Abgasbehandlung der aus der Aktivierung stammenden Abgase anbelangt, so kann die Behandlung in der zuvor beschriebenen Art und Weise erfolgen (d. h. thermische Nachverbrennung und Verwendung der au der thermischen Nachverbrennung stammenden Abgase zum Aufheizen der Aktivierungsgase, insbesondere Wasserdampf, und/oder zur indirekten Beheizung des Aktivierungsofens und/oder zur Nutzung für die Trocknung im Rahmen der Wirbelschicht).
  • Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung - ist schließlich die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wie sie zuvor beschrieben worden ist, zur Herstellung von Aktivkohle. Wie zuvor beschrieben, erfolgt die Herstellung der Aktivkohle im Rahmen der erfindungsgemäßen Verwendung durch Carbonisierung und nachfolgende Aktivierung polymerer organischer, vorzugsweise sulfonierter Ausgangsmaterialien. Für weitergehende Einzelheiten zu der erfindungsgemäßen Verwendung kann auf die obigen Ausführungen zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. Anlage und dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen werden, welche in bezug auf die erfindungsgemäße Verwendung entsprechend gelten.

Claims (15)

  1. Vorrichtung (Anlage) (1) zur Herstellung von Aktivkohle, insbesondere durch Carbonisierung und nachfolgende Aktivierung polymerer organischer sulfonierter Ausgangsmaterialien, wobei die Vorrichtung
    - gegebenenfalls eine Trocknungseinrichtung (2) zur Trocknung der Ausgangsmaterialien,
    - gegebenenfalls eine Sulfonierungseinrichtung (3) zur Sulfonierung und/oder Peptisation der gegebenenfalls zuvor getrockneten Ausgangsmaterialien stromabwärts zur gegebenenfalls vorhandenen Trocknungseinrichtung (2) angeordnet,
    - eine Carbonisierungseinrichtung (4) zur Carbonisierung der gegebenenfalls zuvor getrockneten und/oder sulfonierten und/oder peptisierten Ausgangsmaterialien, stromabwärts zur gegebenenfalls vorhandenen Trocknungseinrichtung (2) und/oder zur gegebenenfalls vorhandenen Sulfonierungseinrichtung (3) angeordnet, wobei die Temperatur der Carbonisierungseinrichtung (4) im Betrieb regelbar ist derart, daß mindestens zwei Temperaturzonen mit stromaufwärts jeweils ansteigender Temperatur der einzelnen Temperaturstufen vorliegen oder aber ein Temperaturgradient mit stromaufwärts ansteigendem Temperaturprofil vorliegt,
    - eine stromabwärts zur Carbonisierungseinrichtung (4) angeordnete Aktivierungseinrichtung (5) zur Aktivierung der zuvor in der Carbonisierungseinrichtung (4) carbonisierten Ausgangsmaterialien
    aufweist, wobei die Vorrichtung (1) außerdem mindestens eine Abgasbehandlungseinrichtung (4A, 4B, 4D) zur Behandlung der in der Carbonisierungseinrichtung (4) im Betrieb gebildeten Abgase einerseits und mindestens eine Abgasbehandlungseinrichtung (5C, 5D) zur Behandlung der in der Aktivierungseinrichtung (5) im Betrieb gebildeten Abgase andererseits umfaßt, wobei an die Carbonisierungseinrichtung (4) eine Abgasbehandlungseinrichtung (4A, 4B, 4D) zur Behandlung der in der Carbonisierungseinrichtung (4) im Betrieb gebildeten Abgase angeschlossen und/oder nachgeschaltet ist, wobei die Abgasbehandlungseinrichtung (4A, 4B, 4D) mindestens eine thermische Nachverbrennung (4A) umfaßt, und wobei an die Aktivierungseinrichtung (5) eine Abgasbehandlungseinrichtung (5C, 5D) zur Behandlung der in der Aktivierungseinrichtung (5) im Betrieb gebildeten Abgase angeschlossen und/oder nachgeschaltet ist, wobei die Abgasbehandlungseinrichtung (5C, 5D) mindestens eine thermische Nachverbrennung (5C) umfaßt, und wobei die aus der Abgasbehandlungseinrichtung (5C, 5D) stammenden Abgase zur Beheizung der Aktivierungseinrichtung (5) und/oder über eine Zuführleitung (5E) zur Aufheizung eines mindestens ein Aktivierungsgas enthaltenden Bevorratungsbehältnisses (5B) oder mindestens eines Aktivierungsgases und/oder für die Beheizung der gegebenenfalls vorhandenen Trocknungseinrichtung (2) verwendbar ist
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    wobei die Carbonisierungseinrichtung (4) mindestens ein Drehrohr, insbesondere mindestens einen Drehrohrofen, umfaßt und/oder
    wobei die Carbonisierungseinrichtung (4) ein geschlossenes System bildet und/oder wobei die Carbonisierungseinrichtung (4) unter inerten Bedingungen betreibbar ist und/oder
    wobei die Carbonisierungseinrichtung (4) kontinuierlich oder quasikontinuierlich betreibbar ist und/oder wobei die Temperatur der Carbonisierungseinrichtung (4) im Betrieb kontinuierlich oder stufenweise regelbar ist und/oder
    wobei die Temperatur der Carbonisierungseinrichtung (4) im Betrieb im Bereich von 20 °C bis 1.200 °C, insbesondere 30 °C bis 1.100 °C, vorzugsweise 50 °C bis 1.000 °C, regelbar ist, insbesondere wobei eine erste, vorzugsweise am Einlaß oder in Verfahrensablaufrichtung am Beginn der Carbonisierungseinrichtung (4) befindliche Temperaturzone im Betrieb im Bereich von 50 °C bis 500 °C, insbesondere 200 °C bis 450 °C, einstellbar ist und/oder insbesondere wobei eine weitere, vorzugsweise am Auslaß oder Ende der Carbonisierungseinrichtung (4) befindliche Temperaturzone im Betrieb im Bereich von 800 °C bis 1.200 °C, insbesondere 850 °C bis 950 °C, einstellbar ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Carbonisierungseinrichtung (4) in mindestens zwei Abschnitte unterteilt ist, insbesondere wobei ein erster, vorzugsweise stromaufwärts angeordneter Abschnitt durch eine beheizbare Vibrationsrinne gebildet ist und ein zweiter, vorzugsweise stromabwärts zum ersten Abschnitt angeordneter Abschnitt durch ein Drehrohr, vorzugsweise einen Drehrohrofen, insbesondere mit im Betriebszustand in Verfahrensablaufrichtung ansteigendem Temperaturprofil oder Temperaturgradienten, gebildet ist, insbesondere wobei der erste Abschnitt mit konstanter Temperatur einstellbar ausgebildet oder mit in Verfahrensablaufrichtung ansteigendem Temperaturprofil oder Temperaturgradienten regelbar ausgebildet ist und/oder insbesondere wobei der zweite Abschnitt mit in Verfahrensablaufrichtung ansteigendem Temperaturprofil oder Temperaturgradienten regelbar ausgebildet ist und/oder insbesondere wobei die Temperatur in dem in Verfahrensablaufrichtung ersten Abschnitt der Carbonisierungseinrichtung (4) kontinuierlich oder stufenweise regelbar ist, insbesondere im Bereich von 50 °C bis 500 °C, vorzugsweise 200 °C bis 450 °C und/oder insbesondere wobei die Temperatur in dem in Verfahrensablaufrichtung zweiten Abschnitt der Carbonisierungseinrichtung (4) in Verfahrensablaufrichtung ansteigend, insbesondere stufenweise oder stufenlos ansteigend, insbesondere in mehreren Temperaturzonen oder mit einem Temperaturgradienten ansteigend, regelbar ist, insbesondere im Bereich von 300 °C bis 1.200 °C, vorzugsweise 350 °C bis 950 °C.
  4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    wobei die Carbonisierungseinrichtung (4), vorzugsweise am Einlaß oder in Verfahrensablaufrichtung am Beginn der Carbonisierungseinrichtung (4), insbesondere am Einlaß oder in Verfahrensablaufrichtung am Beginn des zweiten Abschnitts der Carbonisierungseinrichtung (4), eine Einsprüh- oder Eindüseeinrichtung zum Einsprühen oder Eindüsen von Wasserdampf, insbesondere in Form eines Wasserdampf/Inertgas-Gemisches, aufweist, insbesondere wobei der Anteil des Wasserdampfes in dem Wasserdampf/Inertgas-Gemisch im Bereich von 1 bis 30 Vol.-%, insbesondere 2 bis 20 Vol.-%, vorzugsweise 5 bis 15 Vol.-%, einstellbar ist und/oder
    wobei die Carbonisierungseinrichtung (4), vorzugsweise am Auslaß oder in Verfahrensablaufrichtung am Ende der Carbonisierungseinrichtung (4), eine Eindüseeinrichtung zum Eintragen von Sauerstoff, insbesondere in Form eines Sauerstoffgemisches mit mindestens einem weiteren Gas, vorzugsweise in Form von Luft, aufweist, insbesondere wobei der eingedüste Volumenstrom im Bereich von 10 bis 500 1/min, insbesondere 25 bis 250 l/min, vorzugsweise 50 bis 100 1/min, einstellbar ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    wobei die Abgasbehandlungseinrichtung (4A, 4B, 4D), insbesondere stromaufwärts zur thermischen Nachverbrennung (4A), mindestens einen Wärmetauscher zum Abkühlen der aus der thermischen Nachverbrennung resultierenden Abgase aufweist, gegebenenfalls nachgeschaltet hierzu eine Trocknungseinrichtung zur Trocknung der abgekühlten Abgase und gegebenenfalls wiederum nachgeschaltet hierzu eine Aufheizeinrichtung zur Erwärmung der getrockneten Abgase, und/oder
    wobei die Abgasbehandlungseinrichtung (4A, 4B, 4D) eine Oxidationseinrichtung (4B) zur vorzugsweise katalytischen Oxidation der in den in der Carbonisierungseinrichtung (4) im Betrieb gebildeten Abgase enthaltenen Schwefeloxide, insbesondere Schwefeldioxid, zu Schwefeltrioxid umfaßt, vorzugsweise stromabwärts zur thermischen Nachverbrennung (4A) und den gegebenenfalls vorgesehenen Wärmetauscher, Trocknungseinrichtung und/oder Aufheizeinrichtung, insbesondere wobei die Oxidationseinrichtung (4B) mindestens einen Oxidationskatalysator, bevorzugt auf Vanadium- und/oder Platinbasis, aufweist und/oder insbesondere wobei die Oxidationseinrichtung (4B) eine Rückführeinrichtung (4C) für die Rückführung des Schwefeltrioxids in die Sulfonierungseinrichtung (3), gegebenenfalls über eine zwischengeschaltete Herstelleinrichtung für das Sulfonierungsmittel, aufweist, insbesondere wobei die eine Oxidationseinrichtung (4B) eine Abtrenneinrichtung zum Abtrennen des Schwefeltrioxids von den übrigen Bestandeilen der Abgase, insbesondere Kohlenstoffoxiden und/oder Wasserdampf und/oder Stickoxiden, aufweist, insbesondere wobei nachgeschaltet zur Abtrenneinrichtung gegebenenfalls ein Wäscher (4D) zur Wäsche der abgetrennten übrigen Bestandeile der Abgase vorgesehen ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Aktivierungseinrichtung (5) diskontinuierlich betreibbar ist und/oder
    wobei die Aktivierungseinrichtung (5) ein geschlossenes System bildet und/oder wobei die Aktivierungseinrichtung (5), insbesondere zu Beginn der Aktivierung und/oder zu Beginn der Aufheizphase, unter inerten Bedingungen betreibbar ist und/oder
    wobei die Temperatur der Aktivierungseinrichtung (5) im Betrieb im Bereich von 300 °C bis 1.800 °C, insbesondere 400 °C bis 1.500 °C, vorzugsweise 500 °C bis 1.250 °C regelbar ist, insbesondere stufenlos und/oder kontinuierlich, insbesondere wobei die Aktivierungseinrichtung (5) mindestens eine Heizeinrichtung, insbesondere eine elektrisch betriebene Heizung, aufweist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aktivierungseinrichtung (5) mindestens eine Einführeinrichtung (5A) zum Eintragen, insbesondere Eindüsen und/oder Einblasen, mindestens eines Aktivierungsgases, insbesondere Wasserdampf und/oder Kohlendioxid und/oder Sauerstoff und/oder Ammoniak, aufweist, insbesondere wobei die Einführeinrichtung (5A) mindestens eine Temperatursteuerungseinrichtung zur Einstellung des in die Aktivierungseinrichtung (5) einzutragenden Aktivierungsgases aufweist, insbesondere wobei die Einführeinrichtung (5A) mindestens eine Einführeinrichtung zum Eintragen, insbesondere Eindüsen, Einsprühen und/oder Einblasen, von Wasserdampf, insbesondere in Form eines Wasserdampf/Inertgas-Gemisches, aufweist, insbesondere wobei der Anteil des Wasserdampfes in dem Wasserdampf/Inertgas-Gemisch im Bereich von 5 bis 70 Vol.-%, insbesondere 10 bis 50 Vol.-%, vorzugsweise 15 bis 40 Vol.-%, einstellbar ist und/oder insbesondere wobei der Wasserdampf bei Temperaturen ab 500 °C eindüsbar, einsprühbar und/oder einblasbar ist und/oder insbesondere wobei die Einführeinrichtung (5A) mindestens eine Einführeinrichtung zum Eintragen, insbesondere Eindüsen, Einsprühen und/oder Einblasen, von Kohlendioxid, insbesondere in Form eines Kohlendioxid/Inertgas-Gemisches, aufweist, insbesondere wobei das Kohlendioxid bei Temperaturen ab 800 °C eindüsbar, einsprühbar und/oder einblasbar ist und/oder insbesondere wobei die Einführeinrichtung (5A) von mindestens einem Bevorratungsbehältnis (5B), welches das mindestens eine Aktivierungsgas enthält, gespeist wird und/oder hieran angeschlossen ist.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Trocknungseinrichtung (2) in einer Wirbelschicht betreibbar ist und/oder wobei die Trocknungseinrichtung (2), insbesondere deren Wirbelschicht, mittels aus der Abgasbehandlungseinrichtung (5C, 5D), insbesondere aus der thermischen Nachverbrennung (5C), stammender Abgase betreibbar und/oder beheizbar ist und/oder
    wobei die Trocknungseinrichtung (2) diskontinuierlich betreibbar ist und/oder wobei die Trocknungseinrichtung (2) bei Temperaturen im Bereich von 100 °C bis 400 °C, insbesondere 100 °C bis 200 °C, betreibbar ist und/oder
    wobei die Sulfonierungseinrichtung (3) diskontinuierlich betreibbar ist und/oder wobei die Sulfonierungseinrichtung (3) bei Temperaturen im Bereich von 25 °C bis 400 °C, insbesondere 50 °C bis 300 °C, betreibbar ist und/oder
    wobei zwischen Carbonisierungseinrichtung (4) und Aktivierungseinrichtung (5) außerdem eine Klassiereinrichtung zum Klassieren des aus der Carbonisierungseinrichtung (4) stammenden Carbonisats vorgesehen ist.
  9. Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle, insbesondere durch Carbonisierung und nachfolgende Aktivierung polymerer organischer sulfonierter Ausgangsmaterialien, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfaßt:
    (a) Bereitstellung polymerer organischer Ausgangsmaterialien; dann
    (b) gegebenenfalls Trocknung der Ausgangsmaterialien; nachfolgend
    (c) gegebenenfalls Sulfonierung und/oder Peptisation der gegebenenfalls zuvor getrockneten Ausgangsmaterialien; anschließend
    (d) Carbonisierung der gegebenenfalls zuvor getrockneten und/oder sulfonierten und/oder peptisierten Ausgangsmaterialien, wobei die Temperatur während der Carbonisierung geregelt und/oder gesteuert wird derart, daß die Carbonisierung in mindestens zwei Temperaturzonen mit jeweils voneinander verschiedenen Temperaturen mit stromaufwärts jeweils ansteigender Temperatur der einzelnen Temperaturstufen oder aber in einem Temperaturgradienten mit stromaufwärts ansteigendem Temperaturprofil durchgeführt wird; dann
    (e) Aktivierung der zuvor carbonisierten Ausgangsmaterialien;
    wobei sowohl die aus der Carbonisierung (d) als auch aus der Aktivierung (e) stammenden Abgase jeweils einer Abgasbehandlung unterworfen werden, wobei im Anschluß an die Carbonisierung eine Behandlung der bei der Carbonisierung gebildeten Abgase durchgeführt wird, wobei die Abgasbehandlung mindestens eine thermische Nachverbrennung umfaßt, und wobei im Anschluß an die Aktivierung eine Behandlung der bei der Aktivierung gebildeten Abgase durchgeführt wird, wobei die Abgasbehandlung mindestens eine thermische Nachverbrennung umfaßt, und wobei die Abgase, welche aus der Abgasbehandlung der bei der Aktivierung gebildeten Abgase stammen, zur Beheizung für die Aktivierung(seinrichtung) und/oder zur Aufheizung mindestens eines Aktivierungsgases und/oder für die Trocknung verwendet werden.
  10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    wobei die Carbonisierung in mindestens einem Drehrohr, insbesondere in mindestens einem Drehrohrofen, durchgeführt wird und/oder
    wobei die Carbonisierung in einem geschlossenen System durchgeführt wird und/oder wobei die Carbonisierung unter inerten Bedingungen durchgeführt wird und/oder
    wobei die Carbonisierung kontinuierlich oder quasikontinuierlich betrieben wird und/oder wobei die Temperatur während der Carbonisierung kontinuierlich oder stufenweise geregelt und/oder gesteuert wird und/oder
    wobei die Temperatur während der Carbonisierung im Bereich von 20 °C bis 1.200 °C, insbesondere 30 °C bis 1.100 °C, vorzugsweise 50 °C bis 1.000 °C, geregelt und/oder gesteuert wird, insbesondere wobei eine erste, vorzugsweise am Einlaß oder in Verfahrensablaufrichtung am Beginn der Carbonisierung(seinrichtung) befindliche Temperaturzone im Bereich von 50 °C bis 500 °C, insbesondere 200 °C bis 450 °C, eingestellt wird und/oder insbesondere wobei eine weitere, vorzugsweise am Auslaß oder Ende der Carbonisierung(sein-richtung) befindliche Temperaturzone im Bereich von 800 °C bis 1.200 °C, insbesondere 850 °C bis 950 °C, eingestellt wird.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Carbonisierung in mindestens zwei Teilschritte unterteilt ist, insbesondere wobei ein erster, vorzugsweise stromaufwärts durchgeführter Teilschritt in einer beheizten Vibrationsrinne durchgeführt wird und ein zweiter, vorzugsweise stromabwärts zum ersten Abschnitt durchgeführter Teilschritt in einem Drehrohr, vorzugsweise in einem Drehrohrofen, insbesondere mit in Verfahrensablaufrichtung ansteigendem Temperaturprofil oder Temperaturgradienten, durchgeführt wird, insbesondere wobei der erste Teilschritt mit konstanter Temperatur oder mit in Verfahrensablaufrichtung ansteigendem Temperaturprofil oder Temperaturgradienten durchgeführt wird und/oder wobei der zweite Teilschritt mit in Verfahrensablaufrichtung ansteigendem Temperaturprofil oder Temperaturgradienten durchgeführt wird und/oder insbesondere wobei die Temperatur in dem in Verfahrensablaufrichtung ersten Teilschritt der Carbonisierung kontinuierlich oder stufenweise geregelt wird, insbesondere im Bereich von 50 °C bis 500 °C, vorzugsweise 200 °C bis 450 ° und/oder insbesondere wobei die Temperatur in dem in Verfahrensablaufrichtung zweiten Teilschritt der Carbonisierung in Verfahrensablaufrichtung ansteigend, insbesondere stufenweise oder stufenlos ansteigend, insbesondere in mehreren Temperaturzonen oder mit einem Temperaturgradienten ansteigend, geregelt wird, insbesondere im Bereich von 300 °C bis 1.200 °C, vorzugsweise 350 °C bis 950 °C.
  12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei während der Carbonisierung, vorzugsweise am Einlaß oder in Verfahrensablaufrichtung am Beginn der Carbonisierung(seinrichtung), insbesondere am Einlaß oder in Verfahrensablaufrichtung am Beginn des zweiten Abschnitts der Carbonisierungseinrichtung, Wasserdampf, insbesondere in Form eines Wasserdampf/Inertgas-Gemisches, eingesprüht oder eingedüst wird, insbesondere wobei der Anteil des Wasserdampfes in dem Wasserdampf/Inertgas-Gemisch im Bereich von 1 bis 30 Vol.-%, insbesondere 2 bis 20 Vol.-%, vorzugsweise 5 bis 15 Vol.-%, eingestellt wird, und/oder
    wobei während der Carbonisierung, vorzugsweise am Auslaß oder in Verfahrensablaufrichtung am Ende der Carbonisierung(seinrichtung), Sauerstoff, insbesondere in Form eines Sauerstoffgemisches mit mindestens einem weiteren Gas, vorzugsweise in Form von Luft, eingetragen oder eingedüst wird, insbesondere wobei der eingetragene oder eingedüste Volumenstrom im Bereich von 10 bis 500 1/min, insbesondere 25 bis 250 1/min, vorzugsweise 50 bis 100 1/min, eingestellt wird und/oder
    wobei im Anschluß an die Abgasbehandlung, insbesondere stromaufwärts zur thermischen Nachverbrennung, die aus der thermischen Nachverbrennung resultierenden Abgase, insbesondere mittels eines Wärmetauschers, abgekühlt werden, gegebenenfalls gefolgt von einer Trocknung der abgekühlten Abgase und gegebenenfalls wiederum gefolgt von einer Erwärmung der getrockneten Abgase.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Aktivierung diskontinuierlich durchgeführt wird und/oder wobei die Aktivierung in einem geschlossenen System durchgeführt wird und/oder wobei die Aktivierung, insbesondere zu Beginn der Aktivierung und/oder zu Beginn der Autheizphase, unter inerten Bedingungen durchgeführt wird und/oder
    wobei die Temperatur während der Aktivierung im Bereich von 300 °C bis 1.800 °C, insbesondere 400 °C bis 1.500 °C, vorzugsweise 500 °C bis 1.250 °C, eingestellt wird, insbesondere stufenlos und/oder kontinuierlich, vorzugsweise mittels einer Heizeinrichtung, insbesondere einer elektrisch betriebenen Heizung.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei während der Aktivierung mindestens ein Aktivierungsgas, insbesondere Wasserdampf und/oder Kohlendioxid und/oder Sauerstoff und/oder Ammoniak, eingetragen, insbesondere eingedüst und/oder eingeblasen, wird, insbesondere wobei das in die Aktivierung eingetragene Aktivierungsgas auf eine definierte Temperatur aufgeheizt wird und/oder insbesondere wobei während der Aktivierung als Aktivierungsgas wenigstens Wasserdampf, insbesondere in Form eines Wasserdampf/Inertgas-Gemisches, eingetragen, insbesondere eingedüst, eingesprüht und/oder eingeblasen, wird, insbesondere wobei der Anteil des Wasserdampfes in dem Wasscrdampf/Inertgas-Gemisch im Bereich von 5 bis 70 Vol.-%, insbesondere 10 bis 50 Vol.-%, vorzugsweise 15 bis 40 Vol.-%, eingestellt wird und/oder insbesondere wobei der Wasserdampf bei Temperaturen ab 500 °C eingedüst, eingesprüht und/oder eingeblasen wird und/oder insbesondere wobei während der Aktivierung als Aktivierungsgas, insbesondere zusätzlich zu Wasserdampf als Aktivierungsgas, Kohlendioxid, insbesondere in Form eines Kohlendioxid/Inertgas-Gemisches, eingetragen, insbesondere eingedüst, eingesprüht und/oder eingeblasen, wird, insbesondere wobei das Kohlendioxid bei Temperaturen ab 800 °C, eingedüst, eingesprüht und/oder eingeblasen wird und/oder insbesondere wobei das mindestens eine Aktivierungsgas über eine Einführeinrichtung aus einem Bevorratungsbehältnis in die Aktivierung eingespeist wird.
  15. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Herstellung von Aktivkohle, insbesondere wobei die Herstellung der Aktivkohle durch Carbonisierung und nachfolgende Aktivierung polymerer organischer, vorzugsweise sulfonierter Ausgangsmaterialien erfolgt.
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